微粒子センサ
【課題】内燃機関の排ガス中の微粒子量を検出するために使用される微粒子センサについて、その検出精度を向上させるとともに、耐久性や搭載性を向上させる技術を提供する。
【解決手段】微粒子センサ１００は、コロナ放電によって陽イオンＰＩを発生させるイオン発生部５０と、陽イオンＰＩによって排ガス中の微粒子を帯電させる排ガス帯電部４０と、微粒子の帯電に用いられなかった陽イオンＰＩを捕捉するイオン捕捉部３０とを備える。また、微粒子センサ１００は、コロナ放電のための電力をイオン発生部５０に供給する第１の絶縁電線１２１と、生成された陽イオンＰＩを排ガス帯電部４０やイオン捕捉部３０へと流入させるための空気を、イオン発生部５０に供給する空気供給管１２３と、空気供給管１２３の外周に配置された補強部材１２３ｓとを備える。空気供給管１２３と第１の絶縁電線１２１とは、一体的にケーブル１２０に収容されている。
【解決手段】微粒子センサ１００は、コロナ放電によって陽イオンＰＩを発生させるイオン発生部５０と、陽イオンＰＩによって排ガス中の微粒子を帯電させる排ガス帯電部４０と、微粒子の帯電に用いられなかった陽イオンＰＩを捕捉するイオン捕捉部３０とを備える。また、微粒子センサ１００は、コロナ放電のための電力をイオン発生部５０に供給する第１の絶縁電線１２１と、生成された陽イオンＰＩを排ガス帯電部４０やイオン捕捉部３０へと流入させるための空気を、イオン発生部５０に供給する空気供給管１２３と、空気供給管１２３の外周に配置された補強部材１２３ｓとを備える。空気供給管１２３と第１の絶縁電線１２１とは、一体的にケーブル１２０に収容されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、排ガス中に含まれる煤などの微粒子量を検出するセンサに関する。
【背景技術】
【０００２】
ディーゼルエンジンなどの内燃機関の排ガスには、煤などの微粒子が含まれる。そうした微粒子が大気中に排出される量が増大してしまうことを抑制するために、内燃機関の排ガス配管には、排ガス中の微粒子の量を検出するための微粒子センサが取り付けられる場合がある。微粒子センサには、排ガス中の微粒子を帯電させることにより、排ガス中の微粒子量を検出するものが知られている（下記特許文献１等）。
【０００３】
そうした微粒子センサでは、その検出精度を向上させるために、排ガス中の微粒子の帯電が確実に行われることが好ましい。また、微粒子センサは、通常、著しく高温（例えば６００℃程度）となる排ガス配管に取り付けられるため、そうした高温環境下においても性能劣化が抑制されるように耐久性を有していることが好ましい。さらに、微粒子センサを用いるシステムは、一般に、車両などの限られた空間に搭載されるため、小型化・簡素化により、その搭載性が向上されることが望ましい。しかし、これまで、こうした要求に対して十分な工夫がなされてこなかったのが実情であった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特表２００７−５１４９２３号公報
【特許文献２】国際公開ＷＯ２００９／１０９６８８号パンフレット
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、内燃機関の排ガス中の微粒子量を検出するために使用される微粒子センサについて、その検出精度を向上させるとともに、耐久性や搭載性を向上させる技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。
【０００７】
［適用例１］
コロナ放電によってイオンを発生させるイオン発生部と、
内燃機関から排出された排ガスが導入され、前記イオンを用いて、前記排ガスに含まれる微粒子を帯電させる帯電部と、
前記帯電部において前記微粒子の帯電に用いられなかった前記イオンを捕捉するイオン捕捉部と、
を備え、
前記イオン捕捉部によって捕捉された前記イオンの量に基づいて前記微粒子の量を検出する微粒子センサにおいて、
外部電源からコロナ放電のための電力を前記イオン発生部に供給するための第１の導電線と、
前記イオン発生部において生じた前記イオンを前記帯電部および前記イオン捕捉部へと流入させるために利用される気体を、外部の気体供給部から前記イオン発生部に供給するための気体供給管と、
前記気体供給管の外周に配置された補強部材と、
を備え、
前記気体供給管と前記第１の導電線とは、一体的にケーブルに収容されている、微粒子センサ。
この微粒子センサを用いれば、気体の流れを利用して、イオンを帯電部に流入させることにより、排ガス中の微粒子にイオンを吸着させて確実に帯電させることができる。また、微粒子の帯電に用いられなかったイオンについても、気体の流れを利用してイオン捕捉部に流入させることができるため、イオン捕捉部におけるイオンの捕捉効率を向上させることができる。従って、微粒子センサを用いた排ガス中の微粒子量の検出精度が向上する。さらに、この微粒子センサによれば、イオン発生部に電力を供給するための第１の導電線と、イオン発生部に気体を供給するための気体供給管とが一体的にケーブルに収容されているため、第１の導電線や気体供給管の取り回しが容易となる。従って、ケーブルの取り回しを含め、微粒子センサの搭載性が向上する。また、気体供給管に補強部材が設けられているため、気体供給管によって、より高い圧力の気体をイオン発生部に供給することができ、微粒子センサの検出精度を向上させることができる。
【０００８】
［適用例２］
適用例１記載の微粒子センサであって、
前記イオン発生部と前記帯電部との間には、前記イオン発生部と前記帯電部とを連通する連通孔が形成された隔壁が設けられており、
前記イオン発生部は、前記連通孔を介して、前記イオンを含む前記気体を前記帯電部に噴射し、
前記帯電部は、噴射された前記気体によって発生した負圧を利用して、外部の前記排ガスを吸引し、前記微粒子を帯電させる、微粒子センサ。
この微粒子センサによれば、連通孔を介して圧縮気体を帯電部に供給することにより、帯電部に容易に負圧を発生させ、帯電部への排ガスの流入を促進させることができる。そして、ケーシング外部における排ガスの流速等の外的影響によって排ガスがケーシング内部へと流入することが阻害されることを抑制して、所定量の被検出ガス（排ガス）を安定して確実に取り込むことが可能となる。従って、排ガス中の微粒子量の検出精度が向上する。
【０００９】
［適用例３］
適用例１または２記載の微粒子センサであって、
前記気体供給管は樹脂部材で構成され、前記補強部材は前記樹脂部材よりも熱可塑性の低い部材で構成されている、微粒子センサ。
この微粒子センサによれば、環境温度の上昇に伴う気体供給管の耐圧性能の低下を、補強部材によって補うことができる。従って、微粒子センサの高温環境に対する耐久性を向上させることができる。
【００１０】
［適用例４］
適用例１〜３のいずれか一つに記載の微粒子センサであって、さらに、
外部電源と接続された第２の導電線を備え、
前記イオン捕捉部は、前記イオンの捕捉を補助するための補助電極と、前記補助電極の対極として機能する対極電極とを有し、前記補助電極からの斥力によって、前記微粒子の帯電に用いられなかった前記イオンを、前記対極電極へと誘導して、前記対極電極において前記イオンを捕捉し、
前記補助電極は前記第２の導電線を介して前記外部電源から電力の供給を受け、
前記第２の導電線は、前記第１の導電線と前記気体供給管とともに前記ケーブルに収容されている、微粒子センサ。
この微粒子センサによれば、第１と第２の導電線と気体供給管とが一体的にケーブルに収容されているため、微粒子センサに接続される配線・配管の取り回しが容易となり、微粒子センサの搭載性が向上する。
【００１１】
なお、本発明は、種々の形態で実現することが可能であり、排ガス中の微粒子を検出する微粒子検出センサ、そのセンサを排ガス配管に備えた内燃機関、その内燃機関を備えた車両等の形態で実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】微粒子センサを搭載する車両の構成を示す概略図と、排ガス配管への微粒子センサの取付状態とセンサ駆動部の内部構成とを示す概略図。
【図２】微粒子センサの構成を示す概略断面図。
【図３】微粒子センサの構成を示す概略断面図。
【図４】微粒子センサの構成を示す分解斜視図。
【図５】微粒子センサに接続されるケーブルの構成を示す概略断面図。
【図６】排ガス中の微粒子量を検出するための微粒子センサの動作を説明するための模式図。
【図７】センサ制御部による微粒子センサを用いた排ガス中の煤量の検出を説明するための概略図。
【図８】微粒子センサの先端部における流入孔と排出孔の配列構成を示す概略図と、排ガス配管に対する微粒子センサの取付構造を説明するための模式図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
A．第１実施例：
図１（Ａ）は本発明の一実施例としての微粒子センサを搭載する車両の構成を示す概略図である。この車両５００は、内燃機関４００と、燃料供給部４１０と、車両制御部４２０とを備える。内燃機関４００は、車両５００の動力源であり、例えばディーゼルエンジンによって構成することができる。
【００１４】
燃料供給部４１０は、燃料配管４１１を介して内燃機関４００に燃料を供給する。内燃機関４００には、排ガス配管４１５が接続されており、内燃機関４００からの排ガスは、排ガス配管４１５を介して車両５００の外部へと排出される。排ガス配管４１５には、排ガス中に含まれる煤などの微粒子を除去するためのフィルタ装置４１６（例えば、ＤＰＦ（Diesel particulate filter））が設けられている。
【００１５】
車両制御部４２０は、マイクロコンピュータによって構成され、車両５００全体の運転状態を制御する。具体的には、車両制御部４２０は、燃料供給部４１０からの燃料の供給量や、内燃機関４００の燃焼状態などを制御する。
【００１６】
車両５００には、さらに、微粒子センサ１００と、センサ駆動部１１０とが搭載されている。微粒子センサ１００は、排ガス配管４１５のフィルタ装置４１６より下流側に取り付けられており、センサ駆動部１１０とケーブル１２０を介して接続されている。
【００１７】
センサ駆動部１１０は、微粒子センサ１００を駆動し、微粒子センサ１００の検出信号に基づき排ガス中の微粒子量を検出する。ここで、排ガス中の微粒子量は、例えば、微粒子の表面積を基準とする量であるものとしても良いし、微粒子の質量を基準とする量であるものとしても良い。あるいは、排ガス中の微粒子量は、微粒子の個数を基準とする量であるものとしても良い。
【００１８】
図１（Ｂ）は、排ガス配管４１５への微粒子センサ１００の取付状態と、センサ駆動部１１０の内部構成とを説明するための概略図である。微粒子センサ１００は、直棒状の先端部１００ｅが排ガス配管４１５の内部に挿入された状態で、排ガス配管４１５の外表面に固定的に取り付けられる。より具体的には、微粒子センサ１００の先端部１００ｅは、微粒子センサ１００の取付部位における排ガス配管４１５の延伸方向に対してほぼ垂直に挿入される。
【００１９】
先端部１００ｅのケーシングの壁面には、排ガスのための流入孔４５と排出孔３５とが設けられている。微粒子センサ１００では、排ガス配管４１５を流れる排ガスの一部が、流入孔４５を介して、先端部１００ｅのケーシング内部に取り込まれる。そして、その取り込まれた排ガス中に含まれる微粒子は、微粒子センサ１００において生成されたイオン（本実施例では、陽イオン）によって帯電される。帯電した微粒子を含む排ガスは、排出孔３５から先端部１００ｅのケーシング外部に排出される。排ガス中の微粒子量を検出する際の微粒子センサ１００の具体的な動作や、先端部１００ｅのケーシング内部における排ガスの流れについては後述する。
【００２０】
ここで、本実施例の微粒子センサ１００であれば、排ガスを取り込む先端部１００ｅが排ガス配管４１５内に収容・配置されているため、排ガスを排ガス配管４１５の外部へと分岐・流入させることなく、排ガス中の微粒子の量を検出することができる。従って、排ガス中の微粒子量を検出するためのシステムが小型化される。
【００２１】
微粒子センサ１００の後端側には、複数の配線や管などを内部に一体的に収容したケーブル１２０が接続されている。ケーブル１２０は、排ガス配管４１５から離隔して設置されたセンサ駆動部１１０に接続されている。ケーブル１２０は可撓性を有しているため、比較的自由に車両５００内に配設することが可能である。ケーブル１２０の詳細な構成については後述する。
【００２２】
センサ駆動部１１０は、センサ制御部１１１と、電気回路部１１２と、エア供給部１１３とを備えている。センサ制御部１１１は、マイクロコンピュータによって構成され、電気回路部１１２と、エア供給部１１３とを制御するとともに、微粒子センサ１００を用いて検出した排ガス中の微粒子量を車両制御部４２０に送信する。
【００２３】
なお、車両制御部４２０は、センサ制御部１１１から送信された排ガス中の微粒子量が、所定量より多い場合には、フィルタ装置４１６の劣化や異常を車両５００の運転手に警告するとしても良い。また、車両制御部４２０は、センサ制御部１１１の検出値に基づき、内燃機関４００における燃焼状態を調整するとしても良い。
【００２４】
電気回路部１１２は、ケーブル１２０に収容されている第１と第２の絶縁電線１２１，１２２（図５も参照）を介して微粒子センサ１００を駆動するための電力を供給する。また、電気回路部１１２は、同じくケーブル１２０に収容されている信号線１２４（図５も参照）を介して微粒子センサ１００のセンサ信号を受信するとともに、そのセンサ信号に基づく計測結果をセンサ制御部１１１に送信する。電気回路部１１２の詳細な構成については後述する。
【００２５】
エア供給部１１３は、ポンプ（図示は省略）を備えている。エア供給部１１３は、センサ制御部１１１からの指令に基づき、微粒子センサ１００の駆動の際に用いられる高圧空気をケーブル１２０に収容されている空気供給管１２３を介して供給する。なお、微粒子センサ１００は、空気供給管１２３を介して、他の種類の圧縮気体の供給を受けるものとしても良い。
【００２６】
図２〜図４は、微粒子センサ１００の構成を示す概略図である。図２，図３はそれぞれ、異なる方向から見た微粒子センサ１００の概略断面図であり、図４は微粒子センサ１００の分解斜視図である。図２〜図４には、先端部１００ｅ側（単に「先端側」とも呼ぶ）を紙面上側とし、ケーブル１２０側（単に「後端側」とも呼ぶ）を紙面下側として、微粒子センサ１００が図示されている。また、図２，図４には、微粒子センサ１００の仮想中心線ＣＬを一点鎖線で図示してある。
【００２７】
さらに、図２〜図４には、各図が対応するように三次元矢印Ｘ，Ｙ，Ｚを図示してある。具体的には、矢印Ｚは、微粒子センサ１００の仮想中心軸ＣＬに沿った方向を示しており、紙面上方向を示している。矢印Ｘは、フランジ１０３ｆの短手方向に沿った方向を示しており、図２では、紙面手前方向を示し、図３では紙面右方向を示し、図４では紙面右斜め手前方向を示している。矢印Ｙは、フランジ１０３ｆの長手方向に沿った方向を示しており、図２では紙面右方向を示し、図３では紙面奥行き方向を示し、図４では紙面右斜め奥行き方向を示している。
【００２８】
微粒子センサ１００は、第１と第２の電極１０，２０を備えている。第１の電極１０は、先端部１１（紙面上側の端部）が略Ｕ字状に湾曲した棒状の電極である。第１の電極１０における湾曲部より後端側の本体部１２の外周は、セラミックパイプ１５によって気密に被覆されている。セラミックパイプ１５は、絶縁性セラミック（例えばアルミナ）によって構成され、第１の電極１０と他の導電性部材とを絶縁する。セラミックパイプ１５から露出した第１の電極１０の後端部１３（紙面下側の端部）は、ケーブル１２０の端部から露出した第１の絶縁電線１２１と電気的に接続され、陽イオンの捕捉を補助する補助電極として機能するが、その詳細は後述する。
【００２９】
第２の電極２０は、直線的に延びる棒状の電極である。第２の電極２０は、本体部２２の外周がセラミックパイプ２５によって気密に被覆されている。セラミックパイプ２５は、絶縁性セラミック（例えばアルミナ）によって構成され、第２の電極２０と他の導電性部材とを絶縁する。第２の電極２０の先端部２１（紙面上側の端部）と、後端部２３（紙面下側の端部）とはセラミックパイプ２５から露出している。第２の電極２０の後端部２３は、第２の絶縁電線１２２と電気的に接続され、コロナ放電のための放電電極として機能するが、その詳細は後述する。
【００３０】
微粒子センサ１００は、イオン捕捉部３０と、排ガス帯電部４０と、イオン発生部５０とを備える。イオン捕捉部３０と排ガス帯電部４０とイオン発生部５０とはそれぞれ、導電性を有する部材によって構成されており、それぞれが直列に嵌合して連結されることにより、先端部１００ｅを構成する。なお、各構成部３０，４０，５０の外壁は、先端部１００ｅの略円筒状の連続的なケーシングを構成する。
【００３１】
イオン捕捉部３０の内部には、ガス流路３１と、パイプ挿通孔３３とが、紙面上下方向（矢印Ｚの方向）に延びる互いに並列な貫通孔として形成されている。ガス流路３１は、排ガス帯電部４０の内部空間７１に接続し、先端側に向かって開口面積が縮小する第１流路部３１ａと、イオン捕捉部３０の内部空間７０に接続し、開口面積が先端側に向かって拡大する第２流路部３１ｂとを有している。このガス流路３１の機能については後述する。
【００３２】
パイプ挿通孔３３には、第１の電極１０の本体部１２を収容するセラミックパイプ１５が気密的に挿通されて保持される。第１の電極１０の先端部１１は、パイプ挿通孔３３から折り返して、ガス流路３１における第２流路部３１ｂのほぼ中央に懸垂配置される。なお、イオン捕捉部３０の紙面上側の端部は、導電性を有するキャップ１０１によって封止される。ここで、イオン捕捉部３０の外壁には、排ガスのための排出孔３５が貫通孔として形成されている。排出孔３５は、ガス流路３１とキャップ１０１との間の内部空間７０に連通するように形成されている。
【００３３】
排ガス帯電部４０は、イオン捕捉部３０のガス流路３１と連通する内部空間７１を有しており、後端側端部に隔壁４１が設けられている。即ち、排ガス帯電部４０の内部空間７１とイオン発生部５０とは、隔壁４１によって仕切られて分離されている。隔壁４１には、排ガス帯電部４０とイオン発生部５０とを連通する連通孔であるノズル４２が設けられている。ノズル４２は、イオン捕捉部３０のガス流路３１に向かってガスを噴射可能なように、ガス流路３１に向かって開口面積が縮小する微小穴（オリフィス）として設けられている。
【００３４】
また、隔壁４１には、第１の電極１０を収容するセラミックパイプ１５を挿通して保持するパイプ挿通孔４３が設けられている。さらに、排ガス帯電部４０の外壁には、排ガスを先端部１００ｅの内部に流入させるための流入孔４５が貫通孔として形成されている。流入孔４５は、微粒子センサ１００を構成したときに、内部空間７１に連通するように形成されている。
【００３５】
ここで、イオン捕捉部３０と排ガス帯電部４０とが嵌合して連結される際には、ガス流路３１の一部は、排ガス帯電部４０の内部に収容される。流入孔４５は、その開口方向に沿って微粒子センサ１００を見たときに（より詳細には、流入孔４５の開口方向に沿った方向であって微粒子センサ１００の軸線ＣＬに直交する方向に沿って見たときに）、ガス流路３１と重なる位置に形成されている。流入孔４５は、ガス流路３１を構成する壁部に設けられた、ガス流路３１の流路方向と並列に伸びる溝部３４を介して内部空間７１と連通する。
【００３６】
イオン発生部５０には、ノズル４２を介して、排ガス帯電部４０の内部空間７１と連通する内部空間７２が設けられている。内部空間７２には、第２の電極２０の先端部２１が、コロナ放電を発生させることが可能な程度の空隙をノズル４２との間に形成しつつ保持されている。
【００３７】
内部空間７２の紙面下側の底部には、紙面上下方向に延びる第１と第２のパイプ挿通孔５２，５３と、空気供給孔５４とが形成されている。第１のパイプ挿通孔５２は、第１の電極１０を収容するセラミックパイプ１５を気密に保持する。第２のパイプ挿通孔５３は、第２の電極２０を収容するセラミックパイプ２５を気密に保持する。空気供給孔５４は、ケーブル１２０の空気供給管１２３（図示せず）からの空気を内部空間７２へと流入させるための流路である。
【００３８】
ここで、第１と第２の電極１０，２０の後端部１３，２３は、イオン発生部５０の後端側において外部に露出している。第１と第２の電極１０，２０の後端部１３，２３のそれぞれは、ケーブル１２０の端部から伸びた第１と第２の絶縁電線１２１，１２２に電気的に接続されている。なお、これらの電極１０，２０と電線１２１，１２２の接続部は、イオン発生部５０の下端に嵌合して連結される略円筒状の内筒１０２に収容されることによって保護される。
【００３９】
内筒１０２は、その下端部が、ケーブル１２０の端部を収容して緊密に保持する。ここで、内筒１０２は、導電性を有する部材によって構成されており、ケーブル１２０の第１のシールド線ＳＬ１（後述）と電気的に接続される。即ち、内筒１０２は、先端部１００ｅを構成する各構成部３０，４０，５０とケーブル１２０の第１のシールド線ＳＬ１との間の導電パスとして機能する。
【００４０】
イオン発生部５０の外周には鍔部５０ｆが設けられている。鍔部５０ｆは、イオン発生部５０の外周に取り付けられる絶縁性を有する円環状の第１と第２の保持部材６１，６２によって、紙面上下方向に狭持される。ここで、第１と第２の保持部材６１，６２の外側には、微粒子センサ１００を排ガス配管４１５に固定するための取付固定部１０３が取り付けられる。
【００４１】
取付固定部１０３は、略円筒形状の本体部１０３ｓと、本体部１０３ｓの紙面上側の端部に設けられたフランジ１０３ｆとを有している。取付固定部１０３の本体部１０３ｓの筒内と、イオン発生部５０に取り付けられた第１と第２の保持部材６１，６２の外周とには、互いに係合し合う段部が形成されている。これらの段部が互いに係合し合うことにより、イオン発生部５０は、取付固定部１０３の筒内の所定の位置で係止される。具体的には、イオン発生部５０は、第２の電極２０の先端部２１がフランジ１０３ｆより突出する位置で係止される。なお、取付固定部１０３のフランジ１０３ｆには、リング状のガスケット６４がイオン発生部５０の突出部位を囲むように配置される。また、第１の保持部材６１の段部と取付固定部１０３の筒内における段部との間には板パッキン６５が配置される。
【００４２】
ここで、取付固定部１０３は導電性を有する部材によって構成されるが、取付固定部１０３は、第１と第２の保持部材６１，６２によってイオン発生部５０と絶縁されている。また、第１の保持部材６１は、フランジ１０３ｆの面より突出した部位を有しており、微粒子センサ１００が排ガス配管４１５に取り付けられたときに、排ガス配管４１５と先端部１００ｅとを絶縁する。
【００４３】
取付固定部１０３の下端部には、ジョイント部１０４が、イオン発生部５０に取り付けられた第２の保持部材６２を紙面下側から支持するように螺合連結されている。ジョイント部１０４には、貫通孔１０４ｐが設けられており、イオン発生部５０の下端部および内筒１０２を挿通する。なお、貫通孔１０４ｐの内壁面と、イオン発生部５０および内筒１０２の外表面との間には、空隙が形成されており、ジョイント部１０４とイオン発生部５０とを絶縁する。また、ジョイント部１０４の外周には、六角レンチなどの工具と係合させるための工具係合部１０４ｅが設けられている。
【００４４】
ジョイント部１０４の下端には、内筒１０２とケーブル１２０との連結部を保護するための略円筒状の外筒１０５が嵌合されている。外筒１０５とケーブル１２０との間には、ケーブル１２０を保護するための円環状のグロメット６６が配置される。外筒１０５の下端側は、ケーブル１２０を保持するために加締められる。ここで、この加締めの際には、ケーブル１２０の外皮１２０４（後述）に切れ目を設けるとともに、外筒１０５の一部を、その切れ目に入り込ませる。これによって、外筒１０５の下端側には、ケーブル１２０の第２のシールド線ＳＬ２（後述）と電気的に導通する加締め部１０５ｃが形成される。なお、図４では、加締められる前の外筒１０５が図示されている。
【００４５】
図５は、本実施例の微粒子センサ１００に接続されるケーブル１２０の構成を示す概略断面図である。前記したとおり、ケーブル１２０には、第１と第２の絶縁電線１２１，１２２と、空気供給管１２３と、信号線１２４とが一体的に収容されている。これによって、微粒子センサ１００に接続される配線・配管の取り回しが容易となるため、微粒子センサ１００の車両５００に対する搭載性が向上している。具体的に、ケーブル１２０は以下のような構成を有している。
【００４６】
第１の絶縁電線１２１は、その中心に導電線である芯線１２１０を有している。芯線１２１０の外周には、ＦＥＰ（テトラフルオロエチレン・ヘキサフルオロプロピレン共重合体）などのフッ素系樹脂による第１の樹脂被覆層１２１１が設けられている。第１の樹脂被覆層１２１１の外周には編組シールド１２１２が設けられ、その編組シールド１２１２の外周には、さらに、ＦＥＰなどのフッ素系樹脂による第２の樹脂被覆層１２１３が設けられている。
【００４７】
第２の絶縁電線１２２も、第１の絶縁電線１２１と同様な構成を有しており、導電線である芯線１２２０と、その外周を被覆する第１の樹脂被覆層１２２１，編組シールド１２２２，第２の樹脂被覆層１２２３を有している。空気供給管１２３は、ＰＴＦＥ (ポリテトラフルオロエチレン）などの樹脂部材によって中空筒状に構成される。空気供給管１２３の外周は、補強部材１２３ｓによって被覆されている。補強部材１２３ｓは、編み組された金属線によって構成することができる。
【００４８】
第１と第２の絶縁電線１２１，１２２と空気供給管１２３の補強部材１２３ｓの外周には、ガラス繊維が充填されたガラス繊維部１２０１が形成されている。そして、ガラス繊維部１２０１の外周は、第１の樹脂被覆層１２０２によって被覆されている。第１の樹脂被覆層１２０２は、ＰＴＦＥなどの樹脂部材によって構成することができる。
【００４９】
第１の樹脂被覆層１２０２の外周には、導電線が編み組された第１のシールド線ＳＬ１が配設され、第１のシールド線ＳＬ１の外側には、ＰＴＦＥなどの樹脂部材によって構成された第２の樹脂被覆層１２０３が設けられている。第２の樹脂被覆層１２０３の外周には、導電線が編み組みされた第２のシールド線ＳＬ２が配設され、第２のシールド線ＳＬ２の外周は、ＦＥＰなどのフッ素系樹脂などで構成された外皮１２０４によって被覆されている。
【００５０】
このように、このケーブル１２０では、第１と第２のシールド線ＳＬ１，ＳＬ２が二重で設けられている。このうち、第１のシールド線ＳＬ１は、前記したように、先端部１００ｅの各構成部３０，４０，５０と電気的に接続される。これによって、第１のシールド線ＳＬ１は、微粒子センサ１００の先端部１００ｅと電気回路部１１２とを接続する信号線１２４として機能する。一方、第２のシールド線ＳＬ２は、前記したように、外皮１２０４を貫通する外筒１０５の加締め部１０５ｃと導通する。そして、外筒１０５、ジョイント部１０４、取付固定部１０３、排ガス配管４１５を介して、車両５００のシャーシ（図示せず）などと電気的に接続されることにより、接地される。
【００５１】
ここで、ケーブル１２０には、微粒子センサ１００の駆動の際に用いられる高圧空気のための空気供給管１２３が収容されている。後述するように、この空気供給管１２３によって微粒子センサ１００に供給される空気の圧力は高いほど好ましい。即ち、ケーブル１２０の空気供給管１２３は、より高い圧力の空気を供給可能なように構成されていることが好ましい。また、ケーブル１２０は、その取り回し性を向上させ、微粒子センサ１００の車両５００への搭載性を向上させるために可撓性を有することが好ましい。そのため、ケーブル１２０に収容される空気供給管１２３も可撓性を有するように樹脂部材で構成されることが好ましい。
【００５２】
ところで、一般に、内燃機関の排ガス配管近傍の領域は、高温（例えば６００℃程度）になる場合がある。本実施例の微粒子センサ１００は排ガス配管４１５に取り付けられるため、微粒子センサ１００に接続されるケーブル１２０も排ガス配管４１５の近傍に配設されることになる。しかし、ケーブル１２０が排ガス配管４１５の近傍領域などの車両５００内の高温領域に配設された場合には、ケーブル１２０の温度の上昇に伴って、樹脂部材で構成された空気供給管１２３の耐圧性が低下してしまう可能性がある。
【００５３】
そこで、本実施例のケーブル１２０では、空気供給管１２３の外周に、樹脂部材より熱可塑性の低い部材によって構成された可撓性を有する補強部材１２３ｓが設けられている。補強部材１２３ｓは、可撓性を有しつつ、樹脂部材よりも高い剛性を有するように構成されていることが好ましく、例えば、金属線を編み組みすることによって構成されるものとしても良い。この補強部材１２３ｓによって、温度上昇に伴って空気供給管１２３を構成する樹脂部材が少なからず軟化した場合であっても、空気圧による空気供給管１２３の膨張変形が抑制される。即ち、このケーブル１２０を用いれば、高温環境下においても微粒子センサ１００に、より高い圧力の空気を供給することが可能である。
【００５４】
このように、微粒子センサ１００は、排ガス配管４１５内に先端部１００ｅが挿入・配置されるとともに、ケーブル１２０によって、離隔配置されたセンサ駆動部１１０と接続されて駆動する。車両５００では、この微粒子センサ１００を用いて、以下のように、排ガス中に含まれる微粒子量を検出する。
【００５５】
図６は、排ガス中の微粒子量を検出するための微粒子センサ１００の動作を説明するための模式図である。図６には、排ガス配管４１５内に挿入された微粒子センサ１００の先端部１００ｅの内部を模式的に図示してある。より具体的には、図６では、先端部１００ｅのケーシングＣＳ（各構成部３０，４０，５０の内部空間７０，７１，７２を囲む壁部）を、各構成部３０，４０，５０の境界線の図示を省略するとともに、同じハッチングを付すことにより一体的に図示してある。また、図６では、第１の電極１０は、先端部１１以外の図示を省略してある。さらに、図６には、排ガス配管４１５における排ガスの流れ方向（矢印Ｆ）と、先端部１００ｅの内部におけるガスの流れ方向とを模式的に図示してある。
【００５６】
排ガス中の微粒子量を検出する際には、微粒子センサ１００は、イオン発生部５０において、陽イオンＰＩを発生させる。より具体的には、電気回路部１１２によって第２の電極２０を陽極とし、ノズル４２を陰極として電圧を印加し、第２の電極２０の先端部２１とノズル４２との間にコロナ放電を発生させて、陽イオンＰＩを発生させる。
【００５７】
イオン発生部５０において発生した陽イオンＰＩは、エア供給部１１３から空気供給孔５４を介して内部空間７２に供給される高圧空気とともに、ノズル４２から排ガス帯電部４０の内部空間７１へと噴射される。ノズル４２から陽イオンＰＩを含む空気が噴射されると、内部空間７１に負圧が発生し、微粒子である煤Ｓを含む排ガスが流入孔４５から内部空間７１へと吸引される。
【００５８】
ここで、ノズル４２からの空気（圧縮空気）の噴射によって、内部空間７１に、より大きな負圧を発生させることができれば、流入孔４５から所定量の排ガスを内部空間７１へと良好に取り込むことができ、排ガス中の微粒子量の検出精度を向上させることができる。従って、内部空間７１への排ガスの取り込みを安定させるためにも、微粒子センサ１００に供給される空気の圧力は高いほど好ましい。具体的には、微粒子センサ１００に供給される空気の圧力は、ノズル４２からの空気の噴射速度が音速程度となる程度の圧力であることが好ましい。
【００５９】
ノズル４２から噴射された空気と、流入孔４５から吸引された排ガスとは、排ガス帯電部４０の内部空間７１において混合される。これによって、排ガス中に微粒子である煤Ｓが存在する場合に、煤Ｓに空気中の陽イオンＰＩが吸着して煤Ｓが帯電する。
【００６０】
ここで、図２で説明したとおり、流入孔４５は溝部３４を介して内部空間７１に連通している。この構成により、流入孔４５から内部空間７１に流入する排ガスの流れ方向と、ノズル４２から内部空間７１に噴射される空気の噴射方向とが互いに対向し合うことになるため、内部空間７１において、より大きな乱流が発生する。この乱流により、空気と排ガスとの混合が促進され、煤Ｓの帯電が促進される。
【００６１】
内部空間７１において空気と混合された排ガスは、イオン捕捉部３０に設けられたガス流路３１を介して内部空間７０へと流れる。なお、ガス流路３１には、上流側から下流側に向かって開口面積が次第に縮小する第１流路部３１ａが設けられている。本実施例の微粒子センサ１００では、この第１流路部３１ａによって、排ガスをより円滑に下流側へと誘導できるとともに、陽イオンＰＩと煤Ｓとの衝突を促進させて、煤Ｓの帯電を促進させることができる。
【００６２】
ここで、イオン捕捉部３０では、ガス流路３１の第２流路部３１ｂから内部空間７０に渡って、第１の電極１０の先端部１１が、排ガスの流れ方向に沿って配置されている。イオン捕捉部３０では、電気回路部１１２によって、第１の電極１０を陽極とし、第１の電極１０を囲むケーシングＣＳを陰極として電圧が印加される。
【００６３】
これによって、煤Ｓの帯電に用いられなかった陽イオンＰＩ、即ち、煤Ｓに吸着することのなかった陽イオンＰＩは、第１の電極１０から斥力を受けるため、その移動方向が第１の電極１０の外側へと反らされる。移動方向を反らされた陽イオンＰＩは、陰極として機能するガス流路３１の第２流路部３１ｂや内部空間７０の外壁に捕捉される。なお、陽イオンＰＩが吸着して帯電した煤Ｓは質量が大きいため、外部の電気的な斥力や引力による影響が単体の陽イオンＰＩに比較して小さい。そのため、帯電した煤Ｓは、排ガスの流れに従って、排出孔３５から排ガス配管４１５へと排出される。
【００６４】
ところで、本実施例の微粒子センサ１００におけるガス流路３１の第２流路部３１ｂでは、下流側に向かって開口面積が次第に拡大している。この構成により、帯電した煤Ｓや、帯電に用いられなかった陽イオンＰＩを含む排ガスを、内部空間７０の壁面に向かって、放射状に拡散させることができるため、イオン捕捉部３０における陽イオンＰＩの捕捉効率が向上する。
【００６５】
ここで、微粒子センサ１００の先端部１００ｅでは、イオン捕捉部３０における陽イオンＰＩの捕捉量に応じた電流の変化を検出することができる。センサ制御部１１１（図１（Ｂ））は、電気回路部１１２を介して、そうした微粒子センサ１００における電流の変化を、微粒子センサ１００の検出信号として検出し、その検出信号に基づいて排ガス中に含まれる煤Ｓの量を検出する。具体的には、センサ制御部１１１は、以下のように、排ガス中の煤Ｓの量を検出する。
【００６６】
図７は、センサ制御部１１１による微粒子センサ１００を用いた排ガス中の煤量の検出を説明するための概略図である。図７には、微粒子センサ１００の先端部１００ｅの模式図と、センサ駆動部１１０のうちのセンサ制御部１１１と電気回路部１１２とが模式的に図示されている。なお、図７では、図６と同様に、先端部１００ｅの各構成部３０，４０，５０の外壁を、ケーシングＣＳとして一体的に図示してある。また、図７では、電気回路部１１２の内部構成を概略的に図示してある。
【００６７】
電気回路部１１２は、一次側電源部２１０と、二次側電源部２２０と、電流差計測部２３０とを備える。一次側電源部２１０は、センサ制御部１１１の指令に従って、トランスを介して二次側電源部２２０に高圧電力を供給する。二次側電源部２２０は、第１電流供給回路２２１と、第２電流供給回路２２２とを備えている。
【００６８】
第１電流供給回路２２１は、第１の絶縁電線１２１を介して、第１の電極１０と接続されている。第２電流供給回路２２２は、第２の絶縁電線１２２を介して第２の電極２０と接続されている。即ち、微粒子センサ１００は、第１電流供給回路２２１から陽イオンＰＩの捕捉のための電力の供給を受け、第２電流供給回路２２２から陽イオンＰＩを発生させるコロナ放電のための電力の供給を受ける。なお、第２電流供給回路２２２は、定電流回路であり、コロナ放電に際して、例えば５μＡ程度の一定の電流Ｉinを第２の電極２０に供給する。
【００６９】
ここで、微粒子センサ１００の先端部１００ｅは、排ガス配管４１５や車両５００のシャーシなどとは絶縁された状態で排ガス配管４１５内に保持される。即ち、微粒子センサ１００の先端部１００ｅは、いわゆるシャーシグラウンドとも呼ばれる車両５００の基準電位とは異なる基準電位を有する閉回路を構成していると解釈することができる。
【００７０】
第２電流供給回路２２２から第２の電極２０に入力電流Ｉinが流れると、コロナ放電により、第２の電極２０からノズル４２を介してケーシングＣＳに放電電流Ｉdcが流れるとともに、陽イオンＰＩが発生する。図６で説明したように、陽イオンＰＩの一部は煤Ｓの帯電に用いられ、残りの陽イオンＰＩは、イオン捕捉部３０においてケーシングＣＳに捕捉される。
【００７１】
ここで、煤Ｓの帯電に用いられてケーシングＣＳの外部へと漏洩する陽イオンＰＩの流れに相当する電流を「漏洩電流Ｉesc」と呼ぶ。一方、ケーシングＣＳに捕捉される陽イオンＰＩの流れに相当する電流を「捕捉電流Ｉtrp」と呼ぶ。このとき、コロナ放電によって流れるこれらの４つの電流Ｉin，Ｉdc，Ｉesc，Ｉtrpについて、以下の関係式（１）が成り立つ。
Ｉin＝Ｉdc＋Ｉtrp＋Ｉesc …（１）
【００７２】
これらの電流のうち、放電電流Ｉdcと、捕捉電流Ｉtrpとは、ケーシングＣＳに流れる電流である。また、前記したとおり、第２の電極２０への入力電流Ｉinは、第２電流供給回路２２２によって一定に制御されている。従って、入力電流Ｉinと、ケーシングＣＳに流れる２つの電流Ｉdc，Ｉtrpの合計との差をとることにより、漏洩電流Ｉescを得ることができる（下記（２）式）。
Ｉesc＝Ｉin−（Ｉdc＋Ｉtrp）…（２）
【００７３】
電気回路部１１２は、電流差計測部２３０によって、入力電流ＩinとケーシングＣＳに流れる２つの電流Ｉdc，Ｉtrpの合計との差を、漏洩電流Ｉescとして検出し、その検出結果に基づく信号をセンサ制御部１１１に出力する。具体的には、電気回路部１１２は、漏洩電流Ｉescを以下のように検出する。
【００７４】
電気回路部１１２の電流差計測部２３０は、信号線１２４（ケーブル１２０の第１のシールド線ＳＬ１）を介して、先端部１００ｅのケーシングＣＳと電気的に接続されている。また、電流差計測部２３０は、排ガス配管４１５または車両５００のシャーシを介して接地されている。
【００７５】
ケーシングＣＳでは、入力電流Ｉinに対して漏洩電流Ｉescの分が不足する分だけ、その基準電位が外部の基準電位より低下する。これに対し、電流差計測部２３０からは、その低下分を補償するように、補償電流Ｉcが信号線１２４に流れる。この補償電流Ｉcは漏洩電流Ｉescに相当する電流であり、電流差計測部２３０は、補償電流Ｉcの計測値を漏洩電流Ｉescの計測値として、センサ制御部１１１に送信する。
【００７６】
ここで、漏洩電流Ｉescは、煤Ｓの帯電に用いられた陽イオンＰＩの量と相関関係を有する電流であり、煤Ｓの帯電に用いられた陽イオンＰＩの量は、排ガス中の煤Ｓの量に相当する量である。従って、漏洩電流Ｉescを計測（検出）することにより、排ガス中の煤Ｓの量を求めることができる。センサ制御部１１１は、予め記憶されたマップや演算式などを用いて、電流差計測部２３０において検出された漏洩電流Ｉescに対する排ガス中の煤Ｓの量を取得する。
【００７７】
このように、センサ制御部１１１は、陽イオンＰＩの捕捉量に応じた微粒子センサ１００のケーシングＣＳにおける電流変化を利用して、排ガス中の煤Ｓの量を検出する。即ち、センサ制御部１１１は、微粒子センサ１００における陽イオンＰＩの捕捉量に基づいて、排ガス中の煤Ｓの量を検出する。
【００７８】
ところで、排ガス配管４１５における排ガスの流れは、内燃機関４００の運転状態に応じて変動する。排ガス配管４１５内における排ガスの流速や流量が変動すると、先端部１００ｅへの排ガスの流入量が変動し、微粒子センサ１００を用いた微粒子量の検出精度が不安定になってしまう可能性がある。
【００７９】
そこで、本実施例の微粒子センサ１００では、先端部１００ｅにおける流入孔４５および排出孔３５の配列構成や、微粒子センサ１００の排ガス配管４１５に対する取付構造を以下のように構成する。これにより、排ガスの流れの変動による微粒子センサ１００の検出精度の低下を抑制することができる。
【００８０】
図８（Ａ）は、微粒子センサ１００の先端部１００ｅにおける流入孔４５と排出孔３５の配列構成を示す概略図であり、微粒子センサ１００の先端部１００ｅの外表面が模式的に図示されている。先端部１００ｅに設けられた排ガスのための流入孔４５および排出孔３５は、先端部１００ｅの延伸方向、即ち、排ガス帯電部４０とイオン捕捉部３０とが配列された方向（矢印Ｐで図示した方向）に沿って見たときに、互いに重なり合うように形成されている。なお、図８（Ａ）では、上述の流入孔４５と排出孔３５との形成位置の重なりを示すために、矢印Ｐに沿った方向に対する排出孔３５の形成幅を示す破線を図示してある。
【００８１】
流入孔４５および排出孔３５が、このように配列されていることにより、先端部１００ｅを排ガス配管４１５内に挿入したときに、流入孔４５と排出孔３５とは、ほぼ同じ圧力を排ガス配管４１５の排ガスから受けることとなる。従って、流入孔４５への排ガスの流入量や、排出孔４５からの排ガスの排出量に対する排ガスの流れの影響をほぼ同程度とすることができ、先端部１００ｅにおける排ガスの流入量・排出量を安定させることができる。
【００８２】
図８（Ｂ）は、微粒子センサ１００の先端部１００ｅにおける流入孔４５と排出孔３５の他の配列構成を説明するための模式図である。図８（Ｂ）は、流入孔４５の形成位置が、先端部１００ｅの周方向（紙面左右方向）に沿ってオフセットされている点以外は、図８（Ａ）とほぼ同じである。このように、矢印Ｐの方向に沿って見たときに、流入孔４５と排出孔３５とは完全に重なり合っていなくとも良く、少なくとも互いの一部が重なり合っていれば良い。このような配列構成であっても、図８（Ａ）で示した配列構成とほぼ同様に、先端部１００ｅにおける排ガスの流入量・排出量を安定させることができる。
【００８３】
ところで、本実施例の微粒子センサ１００では、排ガスのための流入孔４５および排出孔３５はそれぞれ、異なるサイズで形成されるものとしても良い。この場合であっても、流入孔４５および排出孔３５は、微粒子センサ１００の先端部１００ｅを図８における矢印Ｐの方向に沿って見たときに、少なくとも互いの一部が重なり合うように配列されていれば良い。
【００８４】
図８（Ｃ）は、微粒子センサ１００の排ガス配管４１５に対する取付構造を説明するための模式図である。図８（Ｃ）には、排ガス配管４１５に取り付けられた微粒子センサ１００の先端部１００ｅを、その延伸方向に沿って見たときの底面図を図示してある。また、図８（Ｃ）では、先端部１００ｅに設けられた排出孔３５および流入孔４５を破線で図示するとともに、排出孔３５および流入孔４５の開口方向を示す矢印ＯＤと、排ガス配管４１５内における排ガスの流れ方向を示す矢印Ｆとを図示してある。
【００８５】
微粒子センサ１００は、先端部１００ｅの流入孔４５および排出孔３５の開口方向ＯＤが、排ガスの流れ方向Ｆに沿って下流方向を向くように、排ガス配管４１５に取り付けられることが好ましい。微粒子センサ１００が、このように取り付けられることにより、先端部１００ｅは、排出孔３５や流入孔４５の設けられた側とは反対の側において、排ガスの流れを受けることになる。
【００８６】
従って、排出孔３５や流入孔４５の近傍における排ガスの流れを比較的緩やかにでき、先端部１００ｅにおける排ガスの流入量・排出量を安定させることができる。また、排ガス配管４１５内に発生した凝縮水等の液滴が排ガスの流れによって排出孔３５や流入孔４５を介して先端部１００ｅのケーシングＣＳ内に入り込むのを抑制することができる。なお、排出孔４５および排出孔３５の開口方向ＯＤは、排ガスの流れ方向Ｆとは平行でなくとも良い。開口方向ＯＤは、排ガス配管４１５の下流方向に向いていれば良く、排ガスの流れ方向Ｆに対して、例えば、４５°以内の角度を有しているものとしても良い。
【００８７】
このように、本実施例の微粒子センサ１００によれば、簡易かつ小型な構成で、内燃機関４００から排出される排ガスに含まれる煤Ｓなどの微粒子の量を検出することができる。また、本実施例の微粒子センサ１００によれば、先端部１００ｅに対する排ガスの流入および排出を安定化させることができ、微粒子量の検出精度を向上させることができる。さらに、本実施例のケーブル１２０であれば、空気供給管１２３の外周に補強部材１２３ｓが設けられているため、微粒子センサ１００により高い圧力の空気を供給することができ、微粒子センサ１００による微粒子量の検出精度を向上させることができる。
【００８８】
B．変形例：
なお、この発明は上記の実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。
【００８９】
B1．変形例１：
上記実施例では、微粒子センサ１００のうち、排ガス配管４１５内に配置される先端部１００ｅに、イオン発生部５０と、排ガス帯電部４０と、イオン捕捉部３０とが配列されていた。しかし、先端部１００ｅには、少なくとも排ガス帯電部４０とイオン捕捉部３０とが配列されていれば良く、イオン発生部５０については、例えば、微粒子センサ１００のうち排ガス配管４１５の外側に配置される部位に離隔して設けられるものとしても良い。
【００９０】
B2．変形例２：
上記実施例では、イオン発生部５０の内部空間７２と排ガス帯電部４０の内部空間７１との間にノズル４２が形成されていた。しかし、それら２つの内部空間７１，７２の間にはノズル４２は形成されていなくとも良い。ただし、２つの内部空間７１，７２の間にノズル４２を設けることにより、ノズル４２からの噴流によって内部空間７１に負圧を発生させることができる。従って、流入孔４５を介した外部からの排ガスの取り込みを良好にして、その取り込み量を安定させることができ、排ガス中の微粒子量の検出精度を向上させることが可能である。
【００９１】
B3．変形例３：
上記実施例では、微粒子センサ１００の先端部１００ｅは、排ガス配管４１５の延伸方向（排ガスの流れ方向）に対してほぼ垂直に挿入されていた。しかし、微粒子センサ１００の先端部１００ｅは、排ガス配管４１５の延伸方向に対して垂直に挿入されていなくとも良い。微粒子センサ１００の先端部１００ｅは、排ガス配管４１５の延伸方向に対して斜めに挿入されるものとしても良い。
【００９２】
B4．変形例４：
上記実施例では、ケーブル１２０の空気供給管１２３の外周に設けられた補強部材１２３ｓは、金属線を編み組することにより構成されていた。しかし、補強部材１２３ｓは、他の部材によって構成されるものとしても良い。例えば、補強部材１２３ｓは、空気供給管１２３を構成する樹脂部材より熱可塑性の低い部材で構成されるものとしても良い。このような部材で構成されていれば、温度の上昇に伴う空気供給管１２３の耐圧性の低下を、補強部材１２３ｓによって補償することができる。
【００９３】
B5．変形例５：
上記実施例では、ケーブル１２０に収容された空気供給管１２３の補強部材１２３ｓは、空気供給管１２３の外周全体を被覆するように形成されていた。しかし、補強部材１２３ｓは、空気供給管１２３の外周の一部にのみ形成されるものとしても良い。例えば、補強部材１２３ｓは、微粒子センサ１００の近傍の部位や排ガス配管４１５の近傍に配設される部位にのみ形成されるものとしても良い。
【００９４】
B6．変形例６：
上記実施例では、ケーブル１２０に、第１と第２の絶縁電線１２１，１２２と、補強部材１２３ｓが設けられた空気供給管１２３とが収容されていた。しかし、ケーブル１２０には、少なくとも、補強部材１２３ｓが設けられた空気供給管１２３と、放電電極として機能する第２の電極２０に接続された第２の絶縁電線１２２とが収容されていれば良い。
【００９５】
B7．変形例７：
上記実施例では、ケーブル１２０内に二重のシールド線ＳＬ１，ＳＬ２を設け、第１のシールド線ＳＬ１を、電気回路部１１２と微粒子センサ１００の先端部１００ｅとを接続する信号線１２４として機能させていた。しかし、ケーブル１２０の第１のシールド線ＳＬ１は省略されるものとしても良く、電気回路部１１２と先端部１００ｅとを接続する信号線１２４は、第１のシールド線ＳＬ１とは別個に設けられるものとしても良い。この場合に、信号線１２４は、ケーブル１２０内に収容されていなくとも良い。
【００９６】
B8．変形例８：
上記実施例において、センサ制御部１１１は、電流差計測部２３０が出力する漏洩電流Ｉescに相当する補償電流Ｉcに基づいて排ガス中の微粒子である煤Ｓの量を検出していた。しかし、センサ制御部１１１は、微粒子センサ１００のイオン捕捉部３０における陽イオンＰＩの捕捉量に基づいて排ガス中の煤Ｓの量を検出すれば良く、上記実施例以外の他の方法によって煤Ｓの量を検出するものとしても良い。具体的には、センサ制御部１１１は、コロナ放電後に、イオン捕捉部３０における陽イオンＰＩの捕捉量に応じて低下した先端部１００ｅのケーシングＣＳの電位の計測値に基づいて排ガス中の煤Ｓの量を検出するものとしても良い。
【００９７】
B9．変形例９：
上記実施例では、先端部１００ｅにおけるケーシングＣＳの内壁面の一部をコロナ放電の陰極や陽イオンＰＩを捕捉するための陰極として機能させていた。しかし、それらの陰極は、先端部１００ｅのケーシングＣＳとは別の部材として別個に設けられるものとしても良い。
【００９８】
B10．変形例１０：
上記実施例では、コロナ放電により第２の電極２０とノズル形成部材４１との間で陽イオンを発生させ、第１の電極１０にて陽イオンとの間で斥力を生じさせる構成としたが、これに限定されるものではない。例えば、これらの部材１０，２０，４１の正負の接続先を変更することで、 コロナ放電により第２の電極２０とノズル形成部材４１との間で陰イオンを発生させ、第１の電極１０にて陰イオンとの間で斥力を生じさせる構成を採って被検出ガス中に含まれる微粒子の量を検出するようにしてもよい。
【符号の説明】
【００９９】
１０…第１の電極
１１…先端部
１２…本体部
１３…後端部
１５…セラミックパイプ
２０…第２の電極
２１…先端部
２２…本体部
２３…後端部
２５…セラミックパイプ
３０…イオン捕捉部
３１…ガス流路
３１ａ…第１流路部
３１ｂ…第２流路部
３３…パイプ挿通孔
３４…溝部
３５…排出孔
４０…排ガス帯電部
４１…隔壁
４２…ノズル
４３…パイプ挿通孔
４５…流入孔
５０…イオン発生部
５０ｆ…鍔部
５２…第１のパイプ挿通孔
５３…第２のパイプ挿通孔
５４…空気供給孔
６１…第１の保持部材
６２…第２の保持部材
６４…ガスケット
６５…板パッキン
６６…グロメット
７０，７１，７２…内部空間
１００…微粒子センサ
１００ｅ…先端部
１０１…キャップ
１０２…内筒
１０３…取付固定部
１０３ｆ…フランジ
１０３ｓ…本体部
１０４…ジョイント部
１０４ｅ…工具係合部
１０４ｐ…貫通孔
１０５…外筒
１０５ｃ…加締め部
１１０…センサ駆動部
１１１…センサ制御部
１１２…電気回路部
１１３…エア供給部
１２０…ケーブル
１２０１…ガラス繊維部
１２０２…第１の樹脂被覆層
１２０３…第２の樹脂被覆層
１２０４…外皮
１２１…第１の絶縁電線
１２１０…芯線
１２１１…第１の樹脂被覆層
１２１２…編組シールド
１２１３…第２の樹脂被覆層
１２２…第２の絶縁電線
１２２０…芯線
１２２１…第１の樹脂被覆層
１２２２…編組シールド
１２２３…第２の樹脂被覆層
１２３…空気供給管
１２３ｓ…補強部材
１２４…信号線
２００…ケーブル
２１０…一次側電源部
２２０…二次側電源部
２２１…第１電流供給回路
２２２…第２電流供給回路
２３０…電流差計測部
４００…内燃機関
４１０…燃料供給部
４１１…燃料配管
４１５…ガス配管
４１６…フィルタ装置
４２０…車両制御部
５００…車両
ＣＬ…仮想中心線
ＣＳ…ケーシング
ＰＩ…陽イオン
Ｓ…煤
ＳＬ１…第１のシールド線
ＳＬ２…第２のシールド線
【技術分野】
【０００１】
この発明は、排ガス中に含まれる煤などの微粒子量を検出するセンサに関する。
【背景技術】
【０００２】
ディーゼルエンジンなどの内燃機関の排ガスには、煤などの微粒子が含まれる。そうした微粒子が大気中に排出される量が増大してしまうことを抑制するために、内燃機関の排ガス配管には、排ガス中の微粒子の量を検出するための微粒子センサが取り付けられる場合がある。微粒子センサには、排ガス中の微粒子を帯電させることにより、排ガス中の微粒子量を検出するものが知られている（下記特許文献１等）。
【０００３】
そうした微粒子センサでは、その検出精度を向上させるために、排ガス中の微粒子の帯電が確実に行われることが好ましい。また、微粒子センサは、通常、著しく高温（例えば６００℃程度）となる排ガス配管に取り付けられるため、そうした高温環境下においても性能劣化が抑制されるように耐久性を有していることが好ましい。さらに、微粒子センサを用いるシステムは、一般に、車両などの限られた空間に搭載されるため、小型化・簡素化により、その搭載性が向上されることが望ましい。しかし、これまで、こうした要求に対して十分な工夫がなされてこなかったのが実情であった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特表２００７−５１４９２３号公報
【特許文献２】国際公開ＷＯ２００９／１０９６８８号パンフレット
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、内燃機関の排ガス中の微粒子量を検出するために使用される微粒子センサについて、その検出精度を向上させるとともに、耐久性や搭載性を向上させる技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。
【０００７】
［適用例１］
コロナ放電によってイオンを発生させるイオン発生部と、
内燃機関から排出された排ガスが導入され、前記イオンを用いて、前記排ガスに含まれる微粒子を帯電させる帯電部と、
前記帯電部において前記微粒子の帯電に用いられなかった前記イオンを捕捉するイオン捕捉部と、
を備え、
前記イオン捕捉部によって捕捉された前記イオンの量に基づいて前記微粒子の量を検出する微粒子センサにおいて、
外部電源からコロナ放電のための電力を前記イオン発生部に供給するための第１の導電線と、
前記イオン発生部において生じた前記イオンを前記帯電部および前記イオン捕捉部へと流入させるために利用される気体を、外部の気体供給部から前記イオン発生部に供給するための気体供給管と、
前記気体供給管の外周に配置された補強部材と、
を備え、
前記気体供給管と前記第１の導電線とは、一体的にケーブルに収容されている、微粒子センサ。
この微粒子センサを用いれば、気体の流れを利用して、イオンを帯電部に流入させることにより、排ガス中の微粒子にイオンを吸着させて確実に帯電させることができる。また、微粒子の帯電に用いられなかったイオンについても、気体の流れを利用してイオン捕捉部に流入させることができるため、イオン捕捉部におけるイオンの捕捉効率を向上させることができる。従って、微粒子センサを用いた排ガス中の微粒子量の検出精度が向上する。さらに、この微粒子センサによれば、イオン発生部に電力を供給するための第１の導電線と、イオン発生部に気体を供給するための気体供給管とが一体的にケーブルに収容されているため、第１の導電線や気体供給管の取り回しが容易となる。従って、ケーブルの取り回しを含め、微粒子センサの搭載性が向上する。また、気体供給管に補強部材が設けられているため、気体供給管によって、より高い圧力の気体をイオン発生部に供給することができ、微粒子センサの検出精度を向上させることができる。
【０００８】
［適用例２］
適用例１記載の微粒子センサであって、
前記イオン発生部と前記帯電部との間には、前記イオン発生部と前記帯電部とを連通する連通孔が形成された隔壁が設けられており、
前記イオン発生部は、前記連通孔を介して、前記イオンを含む前記気体を前記帯電部に噴射し、
前記帯電部は、噴射された前記気体によって発生した負圧を利用して、外部の前記排ガスを吸引し、前記微粒子を帯電させる、微粒子センサ。
この微粒子センサによれば、連通孔を介して圧縮気体を帯電部に供給することにより、帯電部に容易に負圧を発生させ、帯電部への排ガスの流入を促進させることができる。そして、ケーシング外部における排ガスの流速等の外的影響によって排ガスがケーシング内部へと流入することが阻害されることを抑制して、所定量の被検出ガス（排ガス）を安定して確実に取り込むことが可能となる。従って、排ガス中の微粒子量の検出精度が向上する。
【０００９】
［適用例３］
適用例１または２記載の微粒子センサであって、
前記気体供給管は樹脂部材で構成され、前記補強部材は前記樹脂部材よりも熱可塑性の低い部材で構成されている、微粒子センサ。
この微粒子センサによれば、環境温度の上昇に伴う気体供給管の耐圧性能の低下を、補強部材によって補うことができる。従って、微粒子センサの高温環境に対する耐久性を向上させることができる。
【００１０】
［適用例４］
適用例１〜３のいずれか一つに記載の微粒子センサであって、さらに、
外部電源と接続された第２の導電線を備え、
前記イオン捕捉部は、前記イオンの捕捉を補助するための補助電極と、前記補助電極の対極として機能する対極電極とを有し、前記補助電極からの斥力によって、前記微粒子の帯電に用いられなかった前記イオンを、前記対極電極へと誘導して、前記対極電極において前記イオンを捕捉し、
前記補助電極は前記第２の導電線を介して前記外部電源から電力の供給を受け、
前記第２の導電線は、前記第１の導電線と前記気体供給管とともに前記ケーブルに収容されている、微粒子センサ。
この微粒子センサによれば、第１と第２の導電線と気体供給管とが一体的にケーブルに収容されているため、微粒子センサに接続される配線・配管の取り回しが容易となり、微粒子センサの搭載性が向上する。
【００１１】
なお、本発明は、種々の形態で実現することが可能であり、排ガス中の微粒子を検出する微粒子検出センサ、そのセンサを排ガス配管に備えた内燃機関、その内燃機関を備えた車両等の形態で実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】微粒子センサを搭載する車両の構成を示す概略図と、排ガス配管への微粒子センサの取付状態とセンサ駆動部の内部構成とを示す概略図。
【図２】微粒子センサの構成を示す概略断面図。
【図３】微粒子センサの構成を示す概略断面図。
【図４】微粒子センサの構成を示す分解斜視図。
【図５】微粒子センサに接続されるケーブルの構成を示す概略断面図。
【図６】排ガス中の微粒子量を検出するための微粒子センサの動作を説明するための模式図。
【図７】センサ制御部による微粒子センサを用いた排ガス中の煤量の検出を説明するための概略図。
【図８】微粒子センサの先端部における流入孔と排出孔の配列構成を示す概略図と、排ガス配管に対する微粒子センサの取付構造を説明するための模式図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
A．第１実施例：
図１（Ａ）は本発明の一実施例としての微粒子センサを搭載する車両の構成を示す概略図である。この車両５００は、内燃機関４００と、燃料供給部４１０と、車両制御部４２０とを備える。内燃機関４００は、車両５００の動力源であり、例えばディーゼルエンジンによって構成することができる。
【００１４】
燃料供給部４１０は、燃料配管４１１を介して内燃機関４００に燃料を供給する。内燃機関４００には、排ガス配管４１５が接続されており、内燃機関４００からの排ガスは、排ガス配管４１５を介して車両５００の外部へと排出される。排ガス配管４１５には、排ガス中に含まれる煤などの微粒子を除去するためのフィルタ装置４１６（例えば、ＤＰＦ（Diesel particulate filter））が設けられている。
【００１５】
車両制御部４２０は、マイクロコンピュータによって構成され、車両５００全体の運転状態を制御する。具体的には、車両制御部４２０は、燃料供給部４１０からの燃料の供給量や、内燃機関４００の燃焼状態などを制御する。
【００１６】
車両５００には、さらに、微粒子センサ１００と、センサ駆動部１１０とが搭載されている。微粒子センサ１００は、排ガス配管４１５のフィルタ装置４１６より下流側に取り付けられており、センサ駆動部１１０とケーブル１２０を介して接続されている。
【００１７】
センサ駆動部１１０は、微粒子センサ１００を駆動し、微粒子センサ１００の検出信号に基づき排ガス中の微粒子量を検出する。ここで、排ガス中の微粒子量は、例えば、微粒子の表面積を基準とする量であるものとしても良いし、微粒子の質量を基準とする量であるものとしても良い。あるいは、排ガス中の微粒子量は、微粒子の個数を基準とする量であるものとしても良い。
【００１８】
図１（Ｂ）は、排ガス配管４１５への微粒子センサ１００の取付状態と、センサ駆動部１１０の内部構成とを説明するための概略図である。微粒子センサ１００は、直棒状の先端部１００ｅが排ガス配管４１５の内部に挿入された状態で、排ガス配管４１５の外表面に固定的に取り付けられる。より具体的には、微粒子センサ１００の先端部１００ｅは、微粒子センサ１００の取付部位における排ガス配管４１５の延伸方向に対してほぼ垂直に挿入される。
【００１９】
先端部１００ｅのケーシングの壁面には、排ガスのための流入孔４５と排出孔３５とが設けられている。微粒子センサ１００では、排ガス配管４１５を流れる排ガスの一部が、流入孔４５を介して、先端部１００ｅのケーシング内部に取り込まれる。そして、その取り込まれた排ガス中に含まれる微粒子は、微粒子センサ１００において生成されたイオン（本実施例では、陽イオン）によって帯電される。帯電した微粒子を含む排ガスは、排出孔３５から先端部１００ｅのケーシング外部に排出される。排ガス中の微粒子量を検出する際の微粒子センサ１００の具体的な動作や、先端部１００ｅのケーシング内部における排ガスの流れについては後述する。
【００２０】
ここで、本実施例の微粒子センサ１００であれば、排ガスを取り込む先端部１００ｅが排ガス配管４１５内に収容・配置されているため、排ガスを排ガス配管４１５の外部へと分岐・流入させることなく、排ガス中の微粒子の量を検出することができる。従って、排ガス中の微粒子量を検出するためのシステムが小型化される。
【００２１】
微粒子センサ１００の後端側には、複数の配線や管などを内部に一体的に収容したケーブル１２０が接続されている。ケーブル１２０は、排ガス配管４１５から離隔して設置されたセンサ駆動部１１０に接続されている。ケーブル１２０は可撓性を有しているため、比較的自由に車両５００内に配設することが可能である。ケーブル１２０の詳細な構成については後述する。
【００２２】
センサ駆動部１１０は、センサ制御部１１１と、電気回路部１１２と、エア供給部１１３とを備えている。センサ制御部１１１は、マイクロコンピュータによって構成され、電気回路部１１２と、エア供給部１１３とを制御するとともに、微粒子センサ１００を用いて検出した排ガス中の微粒子量を車両制御部４２０に送信する。
【００２３】
なお、車両制御部４２０は、センサ制御部１１１から送信された排ガス中の微粒子量が、所定量より多い場合には、フィルタ装置４１６の劣化や異常を車両５００の運転手に警告するとしても良い。また、車両制御部４２０は、センサ制御部１１１の検出値に基づき、内燃機関４００における燃焼状態を調整するとしても良い。
【００２４】
電気回路部１１２は、ケーブル１２０に収容されている第１と第２の絶縁電線１２１，１２２（図５も参照）を介して微粒子センサ１００を駆動するための電力を供給する。また、電気回路部１１２は、同じくケーブル１２０に収容されている信号線１２４（図５も参照）を介して微粒子センサ１００のセンサ信号を受信するとともに、そのセンサ信号に基づく計測結果をセンサ制御部１１１に送信する。電気回路部１１２の詳細な構成については後述する。
【００２５】
エア供給部１１３は、ポンプ（図示は省略）を備えている。エア供給部１１３は、センサ制御部１１１からの指令に基づき、微粒子センサ１００の駆動の際に用いられる高圧空気をケーブル１２０に収容されている空気供給管１２３を介して供給する。なお、微粒子センサ１００は、空気供給管１２３を介して、他の種類の圧縮気体の供給を受けるものとしても良い。
【００２６】
図２〜図４は、微粒子センサ１００の構成を示す概略図である。図２，図３はそれぞれ、異なる方向から見た微粒子センサ１００の概略断面図であり、図４は微粒子センサ１００の分解斜視図である。図２〜図４には、先端部１００ｅ側（単に「先端側」とも呼ぶ）を紙面上側とし、ケーブル１２０側（単に「後端側」とも呼ぶ）を紙面下側として、微粒子センサ１００が図示されている。また、図２，図４には、微粒子センサ１００の仮想中心線ＣＬを一点鎖線で図示してある。
【００２７】
さらに、図２〜図４には、各図が対応するように三次元矢印Ｘ，Ｙ，Ｚを図示してある。具体的には、矢印Ｚは、微粒子センサ１００の仮想中心軸ＣＬに沿った方向を示しており、紙面上方向を示している。矢印Ｘは、フランジ１０３ｆの短手方向に沿った方向を示しており、図２では、紙面手前方向を示し、図３では紙面右方向を示し、図４では紙面右斜め手前方向を示している。矢印Ｙは、フランジ１０３ｆの長手方向に沿った方向を示しており、図２では紙面右方向を示し、図３では紙面奥行き方向を示し、図４では紙面右斜め奥行き方向を示している。
【００２８】
微粒子センサ１００は、第１と第２の電極１０，２０を備えている。第１の電極１０は、先端部１１（紙面上側の端部）が略Ｕ字状に湾曲した棒状の電極である。第１の電極１０における湾曲部より後端側の本体部１２の外周は、セラミックパイプ１５によって気密に被覆されている。セラミックパイプ１５は、絶縁性セラミック（例えばアルミナ）によって構成され、第１の電極１０と他の導電性部材とを絶縁する。セラミックパイプ１５から露出した第１の電極１０の後端部１３（紙面下側の端部）は、ケーブル１２０の端部から露出した第１の絶縁電線１２１と電気的に接続され、陽イオンの捕捉を補助する補助電極として機能するが、その詳細は後述する。
【００２９】
第２の電極２０は、直線的に延びる棒状の電極である。第２の電極２０は、本体部２２の外周がセラミックパイプ２５によって気密に被覆されている。セラミックパイプ２５は、絶縁性セラミック（例えばアルミナ）によって構成され、第２の電極２０と他の導電性部材とを絶縁する。第２の電極２０の先端部２１（紙面上側の端部）と、後端部２３（紙面下側の端部）とはセラミックパイプ２５から露出している。第２の電極２０の後端部２３は、第２の絶縁電線１２２と電気的に接続され、コロナ放電のための放電電極として機能するが、その詳細は後述する。
【００３０】
微粒子センサ１００は、イオン捕捉部３０と、排ガス帯電部４０と、イオン発生部５０とを備える。イオン捕捉部３０と排ガス帯電部４０とイオン発生部５０とはそれぞれ、導電性を有する部材によって構成されており、それぞれが直列に嵌合して連結されることにより、先端部１００ｅを構成する。なお、各構成部３０，４０，５０の外壁は、先端部１００ｅの略円筒状の連続的なケーシングを構成する。
【００３１】
イオン捕捉部３０の内部には、ガス流路３１と、パイプ挿通孔３３とが、紙面上下方向（矢印Ｚの方向）に延びる互いに並列な貫通孔として形成されている。ガス流路３１は、排ガス帯電部４０の内部空間７１に接続し、先端側に向かって開口面積が縮小する第１流路部３１ａと、イオン捕捉部３０の内部空間７０に接続し、開口面積が先端側に向かって拡大する第２流路部３１ｂとを有している。このガス流路３１の機能については後述する。
【００３２】
パイプ挿通孔３３には、第１の電極１０の本体部１２を収容するセラミックパイプ１５が気密的に挿通されて保持される。第１の電極１０の先端部１１は、パイプ挿通孔３３から折り返して、ガス流路３１における第２流路部３１ｂのほぼ中央に懸垂配置される。なお、イオン捕捉部３０の紙面上側の端部は、導電性を有するキャップ１０１によって封止される。ここで、イオン捕捉部３０の外壁には、排ガスのための排出孔３５が貫通孔として形成されている。排出孔３５は、ガス流路３１とキャップ１０１との間の内部空間７０に連通するように形成されている。
【００３３】
排ガス帯電部４０は、イオン捕捉部３０のガス流路３１と連通する内部空間７１を有しており、後端側端部に隔壁４１が設けられている。即ち、排ガス帯電部４０の内部空間７１とイオン発生部５０とは、隔壁４１によって仕切られて分離されている。隔壁４１には、排ガス帯電部４０とイオン発生部５０とを連通する連通孔であるノズル４２が設けられている。ノズル４２は、イオン捕捉部３０のガス流路３１に向かってガスを噴射可能なように、ガス流路３１に向かって開口面積が縮小する微小穴（オリフィス）として設けられている。
【００３４】
また、隔壁４１には、第１の電極１０を収容するセラミックパイプ１５を挿通して保持するパイプ挿通孔４３が設けられている。さらに、排ガス帯電部４０の外壁には、排ガスを先端部１００ｅの内部に流入させるための流入孔４５が貫通孔として形成されている。流入孔４５は、微粒子センサ１００を構成したときに、内部空間７１に連通するように形成されている。
【００３５】
ここで、イオン捕捉部３０と排ガス帯電部４０とが嵌合して連結される際には、ガス流路３１の一部は、排ガス帯電部４０の内部に収容される。流入孔４５は、その開口方向に沿って微粒子センサ１００を見たときに（より詳細には、流入孔４５の開口方向に沿った方向であって微粒子センサ１００の軸線ＣＬに直交する方向に沿って見たときに）、ガス流路３１と重なる位置に形成されている。流入孔４５は、ガス流路３１を構成する壁部に設けられた、ガス流路３１の流路方向と並列に伸びる溝部３４を介して内部空間７１と連通する。
【００３６】
イオン発生部５０には、ノズル４２を介して、排ガス帯電部４０の内部空間７１と連通する内部空間７２が設けられている。内部空間７２には、第２の電極２０の先端部２１が、コロナ放電を発生させることが可能な程度の空隙をノズル４２との間に形成しつつ保持されている。
【００３７】
内部空間７２の紙面下側の底部には、紙面上下方向に延びる第１と第２のパイプ挿通孔５２，５３と、空気供給孔５４とが形成されている。第１のパイプ挿通孔５２は、第１の電極１０を収容するセラミックパイプ１５を気密に保持する。第２のパイプ挿通孔５３は、第２の電極２０を収容するセラミックパイプ２５を気密に保持する。空気供給孔５４は、ケーブル１２０の空気供給管１２３（図示せず）からの空気を内部空間７２へと流入させるための流路である。
【００３８】
ここで、第１と第２の電極１０，２０の後端部１３，２３は、イオン発生部５０の後端側において外部に露出している。第１と第２の電極１０，２０の後端部１３，２３のそれぞれは、ケーブル１２０の端部から伸びた第１と第２の絶縁電線１２１，１２２に電気的に接続されている。なお、これらの電極１０，２０と電線１２１，１２２の接続部は、イオン発生部５０の下端に嵌合して連結される略円筒状の内筒１０２に収容されることによって保護される。
【００３９】
内筒１０２は、その下端部が、ケーブル１２０の端部を収容して緊密に保持する。ここで、内筒１０２は、導電性を有する部材によって構成されており、ケーブル１２０の第１のシールド線ＳＬ１（後述）と電気的に接続される。即ち、内筒１０２は、先端部１００ｅを構成する各構成部３０，４０，５０とケーブル１２０の第１のシールド線ＳＬ１との間の導電パスとして機能する。
【００４０】
イオン発生部５０の外周には鍔部５０ｆが設けられている。鍔部５０ｆは、イオン発生部５０の外周に取り付けられる絶縁性を有する円環状の第１と第２の保持部材６１，６２によって、紙面上下方向に狭持される。ここで、第１と第２の保持部材６１，６２の外側には、微粒子センサ１００を排ガス配管４１５に固定するための取付固定部１０３が取り付けられる。
【００４１】
取付固定部１０３は、略円筒形状の本体部１０３ｓと、本体部１０３ｓの紙面上側の端部に設けられたフランジ１０３ｆとを有している。取付固定部１０３の本体部１０３ｓの筒内と、イオン発生部５０に取り付けられた第１と第２の保持部材６１，６２の外周とには、互いに係合し合う段部が形成されている。これらの段部が互いに係合し合うことにより、イオン発生部５０は、取付固定部１０３の筒内の所定の位置で係止される。具体的には、イオン発生部５０は、第２の電極２０の先端部２１がフランジ１０３ｆより突出する位置で係止される。なお、取付固定部１０３のフランジ１０３ｆには、リング状のガスケット６４がイオン発生部５０の突出部位を囲むように配置される。また、第１の保持部材６１の段部と取付固定部１０３の筒内における段部との間には板パッキン６５が配置される。
【００４２】
ここで、取付固定部１０３は導電性を有する部材によって構成されるが、取付固定部１０３は、第１と第２の保持部材６１，６２によってイオン発生部５０と絶縁されている。また、第１の保持部材６１は、フランジ１０３ｆの面より突出した部位を有しており、微粒子センサ１００が排ガス配管４１５に取り付けられたときに、排ガス配管４１５と先端部１００ｅとを絶縁する。
【００４３】
取付固定部１０３の下端部には、ジョイント部１０４が、イオン発生部５０に取り付けられた第２の保持部材６２を紙面下側から支持するように螺合連結されている。ジョイント部１０４には、貫通孔１０４ｐが設けられており、イオン発生部５０の下端部および内筒１０２を挿通する。なお、貫通孔１０４ｐの内壁面と、イオン発生部５０および内筒１０２の外表面との間には、空隙が形成されており、ジョイント部１０４とイオン発生部５０とを絶縁する。また、ジョイント部１０４の外周には、六角レンチなどの工具と係合させるための工具係合部１０４ｅが設けられている。
【００４４】
ジョイント部１０４の下端には、内筒１０２とケーブル１２０との連結部を保護するための略円筒状の外筒１０５が嵌合されている。外筒１０５とケーブル１２０との間には、ケーブル１２０を保護するための円環状のグロメット６６が配置される。外筒１０５の下端側は、ケーブル１２０を保持するために加締められる。ここで、この加締めの際には、ケーブル１２０の外皮１２０４（後述）に切れ目を設けるとともに、外筒１０５の一部を、その切れ目に入り込ませる。これによって、外筒１０５の下端側には、ケーブル１２０の第２のシールド線ＳＬ２（後述）と電気的に導通する加締め部１０５ｃが形成される。なお、図４では、加締められる前の外筒１０５が図示されている。
【００４５】
図５は、本実施例の微粒子センサ１００に接続されるケーブル１２０の構成を示す概略断面図である。前記したとおり、ケーブル１２０には、第１と第２の絶縁電線１２１，１２２と、空気供給管１２３と、信号線１２４とが一体的に収容されている。これによって、微粒子センサ１００に接続される配線・配管の取り回しが容易となるため、微粒子センサ１００の車両５００に対する搭載性が向上している。具体的に、ケーブル１２０は以下のような構成を有している。
【００４６】
第１の絶縁電線１２１は、その中心に導電線である芯線１２１０を有している。芯線１２１０の外周には、ＦＥＰ（テトラフルオロエチレン・ヘキサフルオロプロピレン共重合体）などのフッ素系樹脂による第１の樹脂被覆層１２１１が設けられている。第１の樹脂被覆層１２１１の外周には編組シールド１２１２が設けられ、その編組シールド１２１２の外周には、さらに、ＦＥＰなどのフッ素系樹脂による第２の樹脂被覆層１２１３が設けられている。
【００４７】
第２の絶縁電線１２２も、第１の絶縁電線１２１と同様な構成を有しており、導電線である芯線１２２０と、その外周を被覆する第１の樹脂被覆層１２２１，編組シールド１２２２，第２の樹脂被覆層１２２３を有している。空気供給管１２３は、ＰＴＦＥ (ポリテトラフルオロエチレン）などの樹脂部材によって中空筒状に構成される。空気供給管１２３の外周は、補強部材１２３ｓによって被覆されている。補強部材１２３ｓは、編み組された金属線によって構成することができる。
【００４８】
第１と第２の絶縁電線１２１，１２２と空気供給管１２３の補強部材１２３ｓの外周には、ガラス繊維が充填されたガラス繊維部１２０１が形成されている。そして、ガラス繊維部１２０１の外周は、第１の樹脂被覆層１２０２によって被覆されている。第１の樹脂被覆層１２０２は、ＰＴＦＥなどの樹脂部材によって構成することができる。
【００４９】
第１の樹脂被覆層１２０２の外周には、導電線が編み組された第１のシールド線ＳＬ１が配設され、第１のシールド線ＳＬ１の外側には、ＰＴＦＥなどの樹脂部材によって構成された第２の樹脂被覆層１２０３が設けられている。第２の樹脂被覆層１２０３の外周には、導電線が編み組みされた第２のシールド線ＳＬ２が配設され、第２のシールド線ＳＬ２の外周は、ＦＥＰなどのフッ素系樹脂などで構成された外皮１２０４によって被覆されている。
【００５０】
このように、このケーブル１２０では、第１と第２のシールド線ＳＬ１，ＳＬ２が二重で設けられている。このうち、第１のシールド線ＳＬ１は、前記したように、先端部１００ｅの各構成部３０，４０，５０と電気的に接続される。これによって、第１のシールド線ＳＬ１は、微粒子センサ１００の先端部１００ｅと電気回路部１１２とを接続する信号線１２４として機能する。一方、第２のシールド線ＳＬ２は、前記したように、外皮１２０４を貫通する外筒１０５の加締め部１０５ｃと導通する。そして、外筒１０５、ジョイント部１０４、取付固定部１０３、排ガス配管４１５を介して、車両５００のシャーシ（図示せず）などと電気的に接続されることにより、接地される。
【００５１】
ここで、ケーブル１２０には、微粒子センサ１００の駆動の際に用いられる高圧空気のための空気供給管１２３が収容されている。後述するように、この空気供給管１２３によって微粒子センサ１００に供給される空気の圧力は高いほど好ましい。即ち、ケーブル１２０の空気供給管１２３は、より高い圧力の空気を供給可能なように構成されていることが好ましい。また、ケーブル１２０は、その取り回し性を向上させ、微粒子センサ１００の車両５００への搭載性を向上させるために可撓性を有することが好ましい。そのため、ケーブル１２０に収容される空気供給管１２３も可撓性を有するように樹脂部材で構成されることが好ましい。
【００５２】
ところで、一般に、内燃機関の排ガス配管近傍の領域は、高温（例えば６００℃程度）になる場合がある。本実施例の微粒子センサ１００は排ガス配管４１５に取り付けられるため、微粒子センサ１００に接続されるケーブル１２０も排ガス配管４１５の近傍に配設されることになる。しかし、ケーブル１２０が排ガス配管４１５の近傍領域などの車両５００内の高温領域に配設された場合には、ケーブル１２０の温度の上昇に伴って、樹脂部材で構成された空気供給管１２３の耐圧性が低下してしまう可能性がある。
【００５３】
そこで、本実施例のケーブル１２０では、空気供給管１２３の外周に、樹脂部材より熱可塑性の低い部材によって構成された可撓性を有する補強部材１２３ｓが設けられている。補強部材１２３ｓは、可撓性を有しつつ、樹脂部材よりも高い剛性を有するように構成されていることが好ましく、例えば、金属線を編み組みすることによって構成されるものとしても良い。この補強部材１２３ｓによって、温度上昇に伴って空気供給管１２３を構成する樹脂部材が少なからず軟化した場合であっても、空気圧による空気供給管１２３の膨張変形が抑制される。即ち、このケーブル１２０を用いれば、高温環境下においても微粒子センサ１００に、より高い圧力の空気を供給することが可能である。
【００５４】
このように、微粒子センサ１００は、排ガス配管４１５内に先端部１００ｅが挿入・配置されるとともに、ケーブル１２０によって、離隔配置されたセンサ駆動部１１０と接続されて駆動する。車両５００では、この微粒子センサ１００を用いて、以下のように、排ガス中に含まれる微粒子量を検出する。
【００５５】
図６は、排ガス中の微粒子量を検出するための微粒子センサ１００の動作を説明するための模式図である。図６には、排ガス配管４１５内に挿入された微粒子センサ１００の先端部１００ｅの内部を模式的に図示してある。より具体的には、図６では、先端部１００ｅのケーシングＣＳ（各構成部３０，４０，５０の内部空間７０，７１，７２を囲む壁部）を、各構成部３０，４０，５０の境界線の図示を省略するとともに、同じハッチングを付すことにより一体的に図示してある。また、図６では、第１の電極１０は、先端部１１以外の図示を省略してある。さらに、図６には、排ガス配管４１５における排ガスの流れ方向（矢印Ｆ）と、先端部１００ｅの内部におけるガスの流れ方向とを模式的に図示してある。
【００５６】
排ガス中の微粒子量を検出する際には、微粒子センサ１００は、イオン発生部５０において、陽イオンＰＩを発生させる。より具体的には、電気回路部１１２によって第２の電極２０を陽極とし、ノズル４２を陰極として電圧を印加し、第２の電極２０の先端部２１とノズル４２との間にコロナ放電を発生させて、陽イオンＰＩを発生させる。
【００５７】
イオン発生部５０において発生した陽イオンＰＩは、エア供給部１１３から空気供給孔５４を介して内部空間７２に供給される高圧空気とともに、ノズル４２から排ガス帯電部４０の内部空間７１へと噴射される。ノズル４２から陽イオンＰＩを含む空気が噴射されると、内部空間７１に負圧が発生し、微粒子である煤Ｓを含む排ガスが流入孔４５から内部空間７１へと吸引される。
【００５８】
ここで、ノズル４２からの空気（圧縮空気）の噴射によって、内部空間７１に、より大きな負圧を発生させることができれば、流入孔４５から所定量の排ガスを内部空間７１へと良好に取り込むことができ、排ガス中の微粒子量の検出精度を向上させることができる。従って、内部空間７１への排ガスの取り込みを安定させるためにも、微粒子センサ１００に供給される空気の圧力は高いほど好ましい。具体的には、微粒子センサ１００に供給される空気の圧力は、ノズル４２からの空気の噴射速度が音速程度となる程度の圧力であることが好ましい。
【００５９】
ノズル４２から噴射された空気と、流入孔４５から吸引された排ガスとは、排ガス帯電部４０の内部空間７１において混合される。これによって、排ガス中に微粒子である煤Ｓが存在する場合に、煤Ｓに空気中の陽イオンＰＩが吸着して煤Ｓが帯電する。
【００６０】
ここで、図２で説明したとおり、流入孔４５は溝部３４を介して内部空間７１に連通している。この構成により、流入孔４５から内部空間７１に流入する排ガスの流れ方向と、ノズル４２から内部空間７１に噴射される空気の噴射方向とが互いに対向し合うことになるため、内部空間７１において、より大きな乱流が発生する。この乱流により、空気と排ガスとの混合が促進され、煤Ｓの帯電が促進される。
【００６１】
内部空間７１において空気と混合された排ガスは、イオン捕捉部３０に設けられたガス流路３１を介して内部空間７０へと流れる。なお、ガス流路３１には、上流側から下流側に向かって開口面積が次第に縮小する第１流路部３１ａが設けられている。本実施例の微粒子センサ１００では、この第１流路部３１ａによって、排ガスをより円滑に下流側へと誘導できるとともに、陽イオンＰＩと煤Ｓとの衝突を促進させて、煤Ｓの帯電を促進させることができる。
【００６２】
ここで、イオン捕捉部３０では、ガス流路３１の第２流路部３１ｂから内部空間７０に渡って、第１の電極１０の先端部１１が、排ガスの流れ方向に沿って配置されている。イオン捕捉部３０では、電気回路部１１２によって、第１の電極１０を陽極とし、第１の電極１０を囲むケーシングＣＳを陰極として電圧が印加される。
【００６３】
これによって、煤Ｓの帯電に用いられなかった陽イオンＰＩ、即ち、煤Ｓに吸着することのなかった陽イオンＰＩは、第１の電極１０から斥力を受けるため、その移動方向が第１の電極１０の外側へと反らされる。移動方向を反らされた陽イオンＰＩは、陰極として機能するガス流路３１の第２流路部３１ｂや内部空間７０の外壁に捕捉される。なお、陽イオンＰＩが吸着して帯電した煤Ｓは質量が大きいため、外部の電気的な斥力や引力による影響が単体の陽イオンＰＩに比較して小さい。そのため、帯電した煤Ｓは、排ガスの流れに従って、排出孔３５から排ガス配管４１５へと排出される。
【００６４】
ところで、本実施例の微粒子センサ１００におけるガス流路３１の第２流路部３１ｂでは、下流側に向かって開口面積が次第に拡大している。この構成により、帯電した煤Ｓや、帯電に用いられなかった陽イオンＰＩを含む排ガスを、内部空間７０の壁面に向かって、放射状に拡散させることができるため、イオン捕捉部３０における陽イオンＰＩの捕捉効率が向上する。
【００６５】
ここで、微粒子センサ１００の先端部１００ｅでは、イオン捕捉部３０における陽イオンＰＩの捕捉量に応じた電流の変化を検出することができる。センサ制御部１１１（図１（Ｂ））は、電気回路部１１２を介して、そうした微粒子センサ１００における電流の変化を、微粒子センサ１００の検出信号として検出し、その検出信号に基づいて排ガス中に含まれる煤Ｓの量を検出する。具体的には、センサ制御部１１１は、以下のように、排ガス中の煤Ｓの量を検出する。
【００６６】
図７は、センサ制御部１１１による微粒子センサ１００を用いた排ガス中の煤量の検出を説明するための概略図である。図７には、微粒子センサ１００の先端部１００ｅの模式図と、センサ駆動部１１０のうちのセンサ制御部１１１と電気回路部１１２とが模式的に図示されている。なお、図７では、図６と同様に、先端部１００ｅの各構成部３０，４０，５０の外壁を、ケーシングＣＳとして一体的に図示してある。また、図７では、電気回路部１１２の内部構成を概略的に図示してある。
【００６７】
電気回路部１１２は、一次側電源部２１０と、二次側電源部２２０と、電流差計測部２３０とを備える。一次側電源部２１０は、センサ制御部１１１の指令に従って、トランスを介して二次側電源部２２０に高圧電力を供給する。二次側電源部２２０は、第１電流供給回路２２１と、第２電流供給回路２２２とを備えている。
【００６８】
第１電流供給回路２２１は、第１の絶縁電線１２１を介して、第１の電極１０と接続されている。第２電流供給回路２２２は、第２の絶縁電線１２２を介して第２の電極２０と接続されている。即ち、微粒子センサ１００は、第１電流供給回路２２１から陽イオンＰＩの捕捉のための電力の供給を受け、第２電流供給回路２２２から陽イオンＰＩを発生させるコロナ放電のための電力の供給を受ける。なお、第２電流供給回路２２２は、定電流回路であり、コロナ放電に際して、例えば５μＡ程度の一定の電流Ｉinを第２の電極２０に供給する。
【００６９】
ここで、微粒子センサ１００の先端部１００ｅは、排ガス配管４１５や車両５００のシャーシなどとは絶縁された状態で排ガス配管４１５内に保持される。即ち、微粒子センサ１００の先端部１００ｅは、いわゆるシャーシグラウンドとも呼ばれる車両５００の基準電位とは異なる基準電位を有する閉回路を構成していると解釈することができる。
【００７０】
第２電流供給回路２２２から第２の電極２０に入力電流Ｉinが流れると、コロナ放電により、第２の電極２０からノズル４２を介してケーシングＣＳに放電電流Ｉdcが流れるとともに、陽イオンＰＩが発生する。図６で説明したように、陽イオンＰＩの一部は煤Ｓの帯電に用いられ、残りの陽イオンＰＩは、イオン捕捉部３０においてケーシングＣＳに捕捉される。
【００７１】
ここで、煤Ｓの帯電に用いられてケーシングＣＳの外部へと漏洩する陽イオンＰＩの流れに相当する電流を「漏洩電流Ｉesc」と呼ぶ。一方、ケーシングＣＳに捕捉される陽イオンＰＩの流れに相当する電流を「捕捉電流Ｉtrp」と呼ぶ。このとき、コロナ放電によって流れるこれらの４つの電流Ｉin，Ｉdc，Ｉesc，Ｉtrpについて、以下の関係式（１）が成り立つ。
Ｉin＝Ｉdc＋Ｉtrp＋Ｉesc …（１）
【００７２】
これらの電流のうち、放電電流Ｉdcと、捕捉電流Ｉtrpとは、ケーシングＣＳに流れる電流である。また、前記したとおり、第２の電極２０への入力電流Ｉinは、第２電流供給回路２２２によって一定に制御されている。従って、入力電流Ｉinと、ケーシングＣＳに流れる２つの電流Ｉdc，Ｉtrpの合計との差をとることにより、漏洩電流Ｉescを得ることができる（下記（２）式）。
Ｉesc＝Ｉin−（Ｉdc＋Ｉtrp）…（２）
【００７３】
電気回路部１１２は、電流差計測部２３０によって、入力電流ＩinとケーシングＣＳに流れる２つの電流Ｉdc，Ｉtrpの合計との差を、漏洩電流Ｉescとして検出し、その検出結果に基づく信号をセンサ制御部１１１に出力する。具体的には、電気回路部１１２は、漏洩電流Ｉescを以下のように検出する。
【００７４】
電気回路部１１２の電流差計測部２３０は、信号線１２４（ケーブル１２０の第１のシールド線ＳＬ１）を介して、先端部１００ｅのケーシングＣＳと電気的に接続されている。また、電流差計測部２３０は、排ガス配管４１５または車両５００のシャーシを介して接地されている。
【００７５】
ケーシングＣＳでは、入力電流Ｉinに対して漏洩電流Ｉescの分が不足する分だけ、その基準電位が外部の基準電位より低下する。これに対し、電流差計測部２３０からは、その低下分を補償するように、補償電流Ｉcが信号線１２４に流れる。この補償電流Ｉcは漏洩電流Ｉescに相当する電流であり、電流差計測部２３０は、補償電流Ｉcの計測値を漏洩電流Ｉescの計測値として、センサ制御部１１１に送信する。
【００７６】
ここで、漏洩電流Ｉescは、煤Ｓの帯電に用いられた陽イオンＰＩの量と相関関係を有する電流であり、煤Ｓの帯電に用いられた陽イオンＰＩの量は、排ガス中の煤Ｓの量に相当する量である。従って、漏洩電流Ｉescを計測（検出）することにより、排ガス中の煤Ｓの量を求めることができる。センサ制御部１１１は、予め記憶されたマップや演算式などを用いて、電流差計測部２３０において検出された漏洩電流Ｉescに対する排ガス中の煤Ｓの量を取得する。
【００７７】
このように、センサ制御部１１１は、陽イオンＰＩの捕捉量に応じた微粒子センサ１００のケーシングＣＳにおける電流変化を利用して、排ガス中の煤Ｓの量を検出する。即ち、センサ制御部１１１は、微粒子センサ１００における陽イオンＰＩの捕捉量に基づいて、排ガス中の煤Ｓの量を検出する。
【００７８】
ところで、排ガス配管４１５における排ガスの流れは、内燃機関４００の運転状態に応じて変動する。排ガス配管４１５内における排ガスの流速や流量が変動すると、先端部１００ｅへの排ガスの流入量が変動し、微粒子センサ１００を用いた微粒子量の検出精度が不安定になってしまう可能性がある。
【００７９】
そこで、本実施例の微粒子センサ１００では、先端部１００ｅにおける流入孔４５および排出孔３５の配列構成や、微粒子センサ１００の排ガス配管４１５に対する取付構造を以下のように構成する。これにより、排ガスの流れの変動による微粒子センサ１００の検出精度の低下を抑制することができる。
【００８０】
図８（Ａ）は、微粒子センサ１００の先端部１００ｅにおける流入孔４５と排出孔３５の配列構成を示す概略図であり、微粒子センサ１００の先端部１００ｅの外表面が模式的に図示されている。先端部１００ｅに設けられた排ガスのための流入孔４５および排出孔３５は、先端部１００ｅの延伸方向、即ち、排ガス帯電部４０とイオン捕捉部３０とが配列された方向（矢印Ｐで図示した方向）に沿って見たときに、互いに重なり合うように形成されている。なお、図８（Ａ）では、上述の流入孔４５と排出孔３５との形成位置の重なりを示すために、矢印Ｐに沿った方向に対する排出孔３５の形成幅を示す破線を図示してある。
【００８１】
流入孔４５および排出孔３５が、このように配列されていることにより、先端部１００ｅを排ガス配管４１５内に挿入したときに、流入孔４５と排出孔３５とは、ほぼ同じ圧力を排ガス配管４１５の排ガスから受けることとなる。従って、流入孔４５への排ガスの流入量や、排出孔４５からの排ガスの排出量に対する排ガスの流れの影響をほぼ同程度とすることができ、先端部１００ｅにおける排ガスの流入量・排出量を安定させることができる。
【００８２】
図８（Ｂ）は、微粒子センサ１００の先端部１００ｅにおける流入孔４５と排出孔３５の他の配列構成を説明するための模式図である。図８（Ｂ）は、流入孔４５の形成位置が、先端部１００ｅの周方向（紙面左右方向）に沿ってオフセットされている点以外は、図８（Ａ）とほぼ同じである。このように、矢印Ｐの方向に沿って見たときに、流入孔４５と排出孔３５とは完全に重なり合っていなくとも良く、少なくとも互いの一部が重なり合っていれば良い。このような配列構成であっても、図８（Ａ）で示した配列構成とほぼ同様に、先端部１００ｅにおける排ガスの流入量・排出量を安定させることができる。
【００８３】
ところで、本実施例の微粒子センサ１００では、排ガスのための流入孔４５および排出孔３５はそれぞれ、異なるサイズで形成されるものとしても良い。この場合であっても、流入孔４５および排出孔３５は、微粒子センサ１００の先端部１００ｅを図８における矢印Ｐの方向に沿って見たときに、少なくとも互いの一部が重なり合うように配列されていれば良い。
【００８４】
図８（Ｃ）は、微粒子センサ１００の排ガス配管４１５に対する取付構造を説明するための模式図である。図８（Ｃ）には、排ガス配管４１５に取り付けられた微粒子センサ１００の先端部１００ｅを、その延伸方向に沿って見たときの底面図を図示してある。また、図８（Ｃ）では、先端部１００ｅに設けられた排出孔３５および流入孔４５を破線で図示するとともに、排出孔３５および流入孔４５の開口方向を示す矢印ＯＤと、排ガス配管４１５内における排ガスの流れ方向を示す矢印Ｆとを図示してある。
【００８５】
微粒子センサ１００は、先端部１００ｅの流入孔４５および排出孔３５の開口方向ＯＤが、排ガスの流れ方向Ｆに沿って下流方向を向くように、排ガス配管４１５に取り付けられることが好ましい。微粒子センサ１００が、このように取り付けられることにより、先端部１００ｅは、排出孔３５や流入孔４５の設けられた側とは反対の側において、排ガスの流れを受けることになる。
【００８６】
従って、排出孔３５や流入孔４５の近傍における排ガスの流れを比較的緩やかにでき、先端部１００ｅにおける排ガスの流入量・排出量を安定させることができる。また、排ガス配管４１５内に発生した凝縮水等の液滴が排ガスの流れによって排出孔３５や流入孔４５を介して先端部１００ｅのケーシングＣＳ内に入り込むのを抑制することができる。なお、排出孔４５および排出孔３５の開口方向ＯＤは、排ガスの流れ方向Ｆとは平行でなくとも良い。開口方向ＯＤは、排ガス配管４１５の下流方向に向いていれば良く、排ガスの流れ方向Ｆに対して、例えば、４５°以内の角度を有しているものとしても良い。
【００８７】
このように、本実施例の微粒子センサ１００によれば、簡易かつ小型な構成で、内燃機関４００から排出される排ガスに含まれる煤Ｓなどの微粒子の量を検出することができる。また、本実施例の微粒子センサ１００によれば、先端部１００ｅに対する排ガスの流入および排出を安定化させることができ、微粒子量の検出精度を向上させることができる。さらに、本実施例のケーブル１２０であれば、空気供給管１２３の外周に補強部材１２３ｓが設けられているため、微粒子センサ１００により高い圧力の空気を供給することができ、微粒子センサ１００による微粒子量の検出精度を向上させることができる。
【００８８】
B．変形例：
なお、この発明は上記の実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。
【００８９】
B1．変形例１：
上記実施例では、微粒子センサ１００のうち、排ガス配管４１５内に配置される先端部１００ｅに、イオン発生部５０と、排ガス帯電部４０と、イオン捕捉部３０とが配列されていた。しかし、先端部１００ｅには、少なくとも排ガス帯電部４０とイオン捕捉部３０とが配列されていれば良く、イオン発生部５０については、例えば、微粒子センサ１００のうち排ガス配管４１５の外側に配置される部位に離隔して設けられるものとしても良い。
【００９０】
B2．変形例２：
上記実施例では、イオン発生部５０の内部空間７２と排ガス帯電部４０の内部空間７１との間にノズル４２が形成されていた。しかし、それら２つの内部空間７１，７２の間にはノズル４２は形成されていなくとも良い。ただし、２つの内部空間７１，７２の間にノズル４２を設けることにより、ノズル４２からの噴流によって内部空間７１に負圧を発生させることができる。従って、流入孔４５を介した外部からの排ガスの取り込みを良好にして、その取り込み量を安定させることができ、排ガス中の微粒子量の検出精度を向上させることが可能である。
【００９１】
B3．変形例３：
上記実施例では、微粒子センサ１００の先端部１００ｅは、排ガス配管４１５の延伸方向（排ガスの流れ方向）に対してほぼ垂直に挿入されていた。しかし、微粒子センサ１００の先端部１００ｅは、排ガス配管４１５の延伸方向に対して垂直に挿入されていなくとも良い。微粒子センサ１００の先端部１００ｅは、排ガス配管４１５の延伸方向に対して斜めに挿入されるものとしても良い。
【００９２】
B4．変形例４：
上記実施例では、ケーブル１２０の空気供給管１２３の外周に設けられた補強部材１２３ｓは、金属線を編み組することにより構成されていた。しかし、補強部材１２３ｓは、他の部材によって構成されるものとしても良い。例えば、補強部材１２３ｓは、空気供給管１２３を構成する樹脂部材より熱可塑性の低い部材で構成されるものとしても良い。このような部材で構成されていれば、温度の上昇に伴う空気供給管１２３の耐圧性の低下を、補強部材１２３ｓによって補償することができる。
【００９３】
B5．変形例５：
上記実施例では、ケーブル１２０に収容された空気供給管１２３の補強部材１２３ｓは、空気供給管１２３の外周全体を被覆するように形成されていた。しかし、補強部材１２３ｓは、空気供給管１２３の外周の一部にのみ形成されるものとしても良い。例えば、補強部材１２３ｓは、微粒子センサ１００の近傍の部位や排ガス配管４１５の近傍に配設される部位にのみ形成されるものとしても良い。
【００９４】
B6．変形例６：
上記実施例では、ケーブル１２０に、第１と第２の絶縁電線１２１，１２２と、補強部材１２３ｓが設けられた空気供給管１２３とが収容されていた。しかし、ケーブル１２０には、少なくとも、補強部材１２３ｓが設けられた空気供給管１２３と、放電電極として機能する第２の電極２０に接続された第２の絶縁電線１２２とが収容されていれば良い。
【００９５】
B7．変形例７：
上記実施例では、ケーブル１２０内に二重のシールド線ＳＬ１，ＳＬ２を設け、第１のシールド線ＳＬ１を、電気回路部１１２と微粒子センサ１００の先端部１００ｅとを接続する信号線１２４として機能させていた。しかし、ケーブル１２０の第１のシールド線ＳＬ１は省略されるものとしても良く、電気回路部１１２と先端部１００ｅとを接続する信号線１２４は、第１のシールド線ＳＬ１とは別個に設けられるものとしても良い。この場合に、信号線１２４は、ケーブル１２０内に収容されていなくとも良い。
【００９６】
B8．変形例８：
上記実施例において、センサ制御部１１１は、電流差計測部２３０が出力する漏洩電流Ｉescに相当する補償電流Ｉcに基づいて排ガス中の微粒子である煤Ｓの量を検出していた。しかし、センサ制御部１１１は、微粒子センサ１００のイオン捕捉部３０における陽イオンＰＩの捕捉量に基づいて排ガス中の煤Ｓの量を検出すれば良く、上記実施例以外の他の方法によって煤Ｓの量を検出するものとしても良い。具体的には、センサ制御部１１１は、コロナ放電後に、イオン捕捉部３０における陽イオンＰＩの捕捉量に応じて低下した先端部１００ｅのケーシングＣＳの電位の計測値に基づいて排ガス中の煤Ｓの量を検出するものとしても良い。
【００９７】
B9．変形例９：
上記実施例では、先端部１００ｅにおけるケーシングＣＳの内壁面の一部をコロナ放電の陰極や陽イオンＰＩを捕捉するための陰極として機能させていた。しかし、それらの陰極は、先端部１００ｅのケーシングＣＳとは別の部材として別個に設けられるものとしても良い。
【００９８】
B10．変形例１０：
上記実施例では、コロナ放電により第２の電極２０とノズル形成部材４１との間で陽イオンを発生させ、第１の電極１０にて陽イオンとの間で斥力を生じさせる構成としたが、これに限定されるものではない。例えば、これらの部材１０，２０，４１の正負の接続先を変更することで、 コロナ放電により第２の電極２０とノズル形成部材４１との間で陰イオンを発生させ、第１の電極１０にて陰イオンとの間で斥力を生じさせる構成を採って被検出ガス中に含まれる微粒子の量を検出するようにしてもよい。
【符号の説明】
【００９９】
１０…第１の電極
１１…先端部
１２…本体部
１３…後端部
１５…セラミックパイプ
２０…第２の電極
２１…先端部
２２…本体部
２３…後端部
２５…セラミックパイプ
３０…イオン捕捉部
３１…ガス流路
３１ａ…第１流路部
３１ｂ…第２流路部
３３…パイプ挿通孔
３４…溝部
３５…排出孔
４０…排ガス帯電部
４１…隔壁
４２…ノズル
４３…パイプ挿通孔
４５…流入孔
５０…イオン発生部
５０ｆ…鍔部
５２…第１のパイプ挿通孔
５３…第２のパイプ挿通孔
５４…空気供給孔
６１…第１の保持部材
６２…第２の保持部材
６４…ガスケット
６５…板パッキン
６６…グロメット
７０，７１，７２…内部空間
１００…微粒子センサ
１００ｅ…先端部
１０１…キャップ
１０２…内筒
１０３…取付固定部
１０３ｆ…フランジ
１０３ｓ…本体部
１０４…ジョイント部
１０４ｅ…工具係合部
１０４ｐ…貫通孔
１０５…外筒
１０５ｃ…加締め部
１１０…センサ駆動部
１１１…センサ制御部
１１２…電気回路部
１１３…エア供給部
１２０…ケーブル
１２０１…ガラス繊維部
１２０２…第１の樹脂被覆層
１２０３…第２の樹脂被覆層
１２０４…外皮
１２１…第１の絶縁電線
１２１０…芯線
１２１１…第１の樹脂被覆層
１２１２…編組シールド
１２１３…第２の樹脂被覆層
１２２…第２の絶縁電線
１２２０…芯線
１２２１…第１の樹脂被覆層
１２２２…編組シールド
１２２３…第２の樹脂被覆層
１２３…空気供給管
１２３ｓ…補強部材
１２４…信号線
２００…ケーブル
２１０…一次側電源部
２２０…二次側電源部
２２１…第１電流供給回路
２２２…第２電流供給回路
２３０…電流差計測部
４００…内燃機関
４１０…燃料供給部
４１１…燃料配管
４１５…ガス配管
４１６…フィルタ装置
４２０…車両制御部
５００…車両
ＣＬ…仮想中心線
ＣＳ…ケーシング
ＰＩ…陽イオン
Ｓ…煤
ＳＬ１…第１のシールド線
ＳＬ２…第２のシールド線
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コロナ放電によってイオンを発生させるイオン発生部と、
内燃機関から排出された排ガスが導入され、前記イオンを用いて前記排ガスに含まれる微粒子を帯電させる帯電部と、
前記帯電部において前記微粒子の帯電に用いられなかった前記イオンを捕捉するイオン捕捉部と、
を備え、
前記イオン捕捉部によって捕捉された前記イオンの量に基づいて前記微粒子の量を検出する微粒子センサにおいて、
外部電源からコロナ放電のための電力を前記イオン発生部に供給するための第１の導電線と、
前記イオン発生部において生じた前記イオンを前記帯電部および前記イオン捕捉部へと流入させるために利用される気体を、外部の気体供給部から前記イオン発生部に供給するための気体供給管と、
前記気体供給管の外周に配置された補強部材と、
を備え、
前記気体供給管と前記第１の導電線とは、一体的にケーブルに収容されている、微粒子センサ。
【請求項２】
請求項１記載の微粒子センサであって、
前記イオン発生部と前記帯電部との間には、前記イオン発生部と前記帯電部とを連通する連通孔が形成された隔壁が設けられており、
前記イオン発生部は、前記連通孔を介して、前記イオンを含む前記気体を前記帯電部に噴射し、
前記帯電部は、噴射された前記気体によって発生した負圧を利用して、外部の前記排ガスを吸引し、前記微粒子を帯電させる、微粒子センサ。
【請求項３】
請求項１または２記載の微粒子センサであって、
前記気体供給管は樹脂部材で構成され、前記補強部材は前記樹脂部材よりも熱可塑性の低い部材で構成されている、微粒子センサ。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一項に記載の微粒子センサであって、さらに、
外部電源と接続された第２の導電線を備え、
前記イオン捕捉部は、前記イオンの捕捉を補助するための補助電極と、前記補助電極の対極として機能する対極電極とを有し、前記補助電極からの斥力によって、前記微粒子の帯電に用いられなかった前記イオンを、前記対極電極へと誘導して、前記対極電極において前記イオンを捕捉し、
前記補助電極は前記第２の導電線を介して前記外部電源から電力の供給を受け、
前記第２の導電線は、前記第１の導電線と前記気体供給管とともに前記ケーブルに収容されている、微粒子センサ。
【請求項１】
コロナ放電によってイオンを発生させるイオン発生部と、
内燃機関から排出された排ガスが導入され、前記イオンを用いて前記排ガスに含まれる微粒子を帯電させる帯電部と、
前記帯電部において前記微粒子の帯電に用いられなかった前記イオンを捕捉するイオン捕捉部と、
を備え、
前記イオン捕捉部によって捕捉された前記イオンの量に基づいて前記微粒子の量を検出する微粒子センサにおいて、
外部電源からコロナ放電のための電力を前記イオン発生部に供給するための第１の導電線と、
前記イオン発生部において生じた前記イオンを前記帯電部および前記イオン捕捉部へと流入させるために利用される気体を、外部の気体供給部から前記イオン発生部に供給するための気体供給管と、
前記気体供給管の外周に配置された補強部材と、
を備え、
前記気体供給管と前記第１の導電線とは、一体的にケーブルに収容されている、微粒子センサ。
【請求項２】
請求項１記載の微粒子センサであって、
前記イオン発生部と前記帯電部との間には、前記イオン発生部と前記帯電部とを連通する連通孔が形成された隔壁が設けられており、
前記イオン発生部は、前記連通孔を介して、前記イオンを含む前記気体を前記帯電部に噴射し、
前記帯電部は、噴射された前記気体によって発生した負圧を利用して、外部の前記排ガスを吸引し、前記微粒子を帯電させる、微粒子センサ。
【請求項３】
請求項１または２記載の微粒子センサであって、
前記気体供給管は樹脂部材で構成され、前記補強部材は前記樹脂部材よりも熱可塑性の低い部材で構成されている、微粒子センサ。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一項に記載の微粒子センサであって、さらに、
外部電源と接続された第２の導電線を備え、
前記イオン捕捉部は、前記イオンの捕捉を補助するための補助電極と、前記補助電極の対極として機能する対極電極とを有し、前記補助電極からの斥力によって、前記微粒子の帯電に用いられなかった前記イオンを、前記対極電極へと誘導して、前記対極電極において前記イオンを捕捉し、
前記補助電極は前記第２の導電線を介して前記外部電源から電力の供給を受け、
前記第２の導電線は、前記第１の導電線と前記気体供給管とともに前記ケーブルに収容されている、微粒子センサ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１２−１９４０７９（Ｐ２０１２−１９４０７９Ａ）
【公開日】平成２４年１０月１１日（２０１２．１０．１１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−５８６２８（Ｐ２０１１−５８６２８）
【出願日】平成２３年３月１７日（２０１１．３．１７）
【出願人】（０００００４５４７）日本特殊陶業株式会社 (2,912)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１０月１１日（２０１２．１０．１１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月１７日（２０１１．３．１７）
【出願人】（０００００４５４７）日本特殊陶業株式会社 (2,912)
【Ｆターム（参考）】
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